Phasecraft en NVIDIA halen 15 keer snellere kwantumsimulaties voor medicijnen

Phasecraft, een van de bekendste bedrijven op het gebied van kwantumalgoritmes, en techgigant NVIDIA hebben de resultaten gepresenteerd van een samenwerking die moet aantonen hoe kwantumtechnologie en reguliere supercomputerchips elkaar kunnen versterken. Het project liep onder het Wellcome Leap Q4Bio-programma, een onderzoeksinitiatief dat op zoek is naar manieren waarop kwantumcomputers concrete voordelen kunnen opleveren voor de gezondheidszorg.

Grootste database met moleculaire berekeningen

De kern van het werk bestaat uit de Variational Quantum Eigensolver (VQE), een rekenmethode die de laagst mogelijke energietoestand van een molecuul probeert te vinden. Die energietoestand bepaalt onder meer hoe stabiel een molecuul is en hoe het reageert met andere stoffen, informatie die onmisbaar is bij het ontwerpen van nieuwe medicijnen. De onderzoekers voerden meer dan 3.000 van deze berekeningen uit voor 13 verschillende moleculaire systemen, met steeds tussen de 4 en 32 qubits. De meeste berekeningen draaiden in de 24-tot-28-qubitrange, waarmee dit volgens de betrokken partijen de grootste bekende dataset van dit type ter wereld is.

NVIDIA-chips versnellen kwantumrekenwerk

Voor het zware rekenwerk gebruikte Phasecraft qubit-simulaties die draaiden op NVIDIA Hopper-chips, gehuisvest bij de University of Nottingham. Deze chips zijn oorspronkelijk ontworpen voor AI-taken, maar blijken ook goed te presteren bij het nabootsen van kwantumsystemen. Met de cuQuantum-softwarebibliotheek van NVIDIA konden de onderzoekers hun berekeningen opschalen en versnellen. Het resultaat: een vijftienvoudige snelheidswinst bij het simuleren van zogeheten veeldeeltjessystemen, complexe verzamelingen deeltjes die een grote rol spelen in biologische processen.

De verzamelde data gebruikte Phasecraft vervolgens om de nauwkeurigheid te verbeteren van eigen rekenmethoden gebaseerd op Density Functional Theory (DFT), een veelgebruikte techniek om de elektronenstructuur van moleculen te berekenen. Doordat de VQE-data als trainingsmateriaal dienen, kunnen de DFT-modellen preciezere voorspellingen doen over hoe moleculen zich gedragen, zonder dat daarvoor telkens een volledige kwantumberekening nodig is.

Wat levert dit concreet op?

Ashley Montanaro, medeoprichter en directeur van Phasecraft, noemt de samenwerking met NVIDIA een belangrijke stap om de grenzen van bestaande hardware op te zoeken, zowel klassieke chips als kwantumsystemen. Sam Stanwyck, directeur kwantumproducten bij NVIDIA, wijst erop dat nieuwe, efficiëntere toepassingen de tijdlijn naar bruikbare kwantumcomputing kunnen verkorten. Belangrijk is dat het hier nog gaat om emulaties op klassieke supercomputers en niet om berekeningen op een werkende kwantumcomputer. De resultaten laten wel zien hoe hybride combinaties van kwantumalgoritmes en AI-chips nu al waardevolle data kunnen opleveren voor onderzoek naar nieuwe medicijnen, vooruitlopend op de komst van foutbestendige kwantumhardware.