ثبت رکوردهای جدید در عملکرد برای مسائل تاشدگی پروتئین و بهینه‌سازی

عنوان خبر: ثبت رکوردهای جدید در عملکرد برای مسائل تاشدگی پروتئین و بهینه‌سازی
ژانر/موضوع: محاسبات کوانتومی، یون به‎دام‌افتاده، بهینه‌سازی کوانتومی

تاریخ انتشار خبر: 19 ژوئن 2025
لینک خبر: hpcwire.com

چکیده:

شرکت Kipu Quantum و IonQ با حل بزرگترین مسئله تاشدگی پروتئین که تاکنون بر روی سخت‌افزار کوانتومی اجرا شده است، به یک نقطه عطف بزرگ دست یافته‌اند و ساختار سه‌بعدی یک زنجیره با حداکثر ۱۲ آمینواسید را مدل‌سازی کرده‌اند. این پروژه با استفاده از سیستم یون به‌دام‌افتاده Forte شرکت IonQ با اتصال همه‌به‌همه و الگوریتم BF-DCQO شرکت Kipu انجام شد و رکورد جدیدی برای حل مسائل بهینه‌سازی کوانتومی متراکم ثبت کرد. محققان توانستند مسئله spin-glass با اتصال همه به همه (QUBO) و مسئله MAX-4-SAT (HUBO) را با حداکثر ۳۶ کیوبیت با دقت کامل حل کنند. این دستاورد هم‌افزایی منحصربه‌فرد بین معماری اتصال همه‌به‌همه‌ی کیوبیت‌های IonQ  و روش بدون متغیر و تکرارشونده‌ی Kipu را نشان میدهد که دقت بالاتر و بهره‌وری منبع بیشتری دارد. این همکاری گامی جدی به‌سوی مزیت کوانتومی در کاربردهایی مانند کشف دارو، لجستیک و طراحی مواد است .

شرح کامل خبر:

در گامی مهم برای پیشبرد رایانش کوانتومی در مقیاس نزدیک، شرکت‌های Kipu Quantum و IonQ با همکاری یکدیگر بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین مسئله‌ی تاشدگی پروتئین (protein folding) را که تاکنون بر روی سخت‌افزار کوانتومی حل شده است، با موفقیت اجرا کردند. این دستاورد مرزهای توانمندی سیستم‌های کوانتومی امروزی را برای حل چالش‌های واقعی و صنعتی گسترش داده و نشان می‌دهد این تنها یک الگوریتم نظری نیست، بلکه یک محاسبات کوانتومی واقعی است که می‌تواند حوزه‌هایی مانند کشف دارو، طراحی مواد و زیست‌شناسی محاسباتی را شتاب بخشد.

در مرکز این موفقیت، الگوریتم Bias-Field Digitized Counterdiabatic Quantum Optimization (BF-DCQO) توسعه‌یافته توسط Kipu Quantum قرار دارد. برخلاف الگوریتم‌های درارای متغیر کوانتومی یا variational quantum algorithms (که به فیدبک تکرارشونده با بهینه‌ساز کلاسیک متکی هستند و اغلب با مشکل «barren plateau» روبرو می‌شوند)، BF-DCQO یک روش بدون متغیر (non-variational) و تکراری است که از تکنیک پیشرفته‌ی محسبات ضددیاباتیک (counterdiabatic) برای هدایت کارآمدتر سیستم به سوی جواب بهینه بهره می‌برد. این امر تعداد عملیات کوانتومی مورد نیاز در هر تکرار را کاهش می‌دهد؛ نکته‌ای که در سخت‌افزارهای کوانتومی با مقیاس متوسط نویز (NISQ) بسیار حیاتی است.

تیم‌های پژوهشی این مسئله‌ی تاشدگی پروتئین سه‌بعدی را روی یک شبکه‌ی چهاروجهی مدل کردند و زنجیره‌هایی با حداکثر ۱۲ آمینواسید را رمزگذاری نمودند که در حال حاضر بزرگ‌ترین مسئله‌ی پیچش پروتئین اجراشده بر روی سخت‌افزار کوانتومی محسوب می‌شود. تاشدگی پروتئین به دلیل چشم‌انداز انرژی پیچیده و برهم‌کنش‌های بلندبرد زیاد، چالش‌برانگیز است و سیستم‌های کوانتومی سنتی برای مدیریت چنین مشکلاتی در مقیاس بزرگ محدودیت دارند. این آزمایش از پردازنده‌های کوانتومی یون به‌دام‌افتاده نسل Forte شرکت IonQ بهره برد که معماری کیوبیت‌های آن کاملاً متصل است — برتری‌ای که بسیاری از پلتفرم‌های کیوبیتی دیگر فاقد آن هستند.

فراتر از پیچش پروتئین، تیم تحقیقاتی بهینه‌سازی باینری نامقید مرتبه بالا (HUBO) یا higher-order unconstrained binary optimization ، مدل‌های اسپین‌گلس با اتصال همه‌به‌همه و مسائل MAX 4-SAT را با استفاده از حداکثر ۳۶ کیوبیت حل کردند. مدل‌های اسپین‌گلس و MAX-SAT از مسائل کلاسیک NP-سخت هستند و معیارهای مهمی برای بهینه‌سازی کوانتومی به شمار می‌روند. رسیدن به جواب‌های بهینه برای این مسائل متراکم، هم‌افزایی عملی بین پیشرفت‌های الگوریتمی Kipu و معماری سخت‌افزاری IonQ را برجسته می‌کند.

نکته‌ی کلیدی اینجاست که اتصال همه‌به‌همه‌ی ذاتی در سیستم یون به‌دام‌افتاده کارایی و دقت چنین محاسبات پیچیده‌ای را به‌شکل چشمگیری بهبود می‌دهد. این اتصال، عمق مدارها را کاهش داده، کیفیت جواب‌ها را افزایش می‌دهد و زمان اجرا را کوتاه‌تر می‌کند — قابلیتی که برای کاربردهای تجاری که سرعت و دقت به ارزش اقتصادی تبدیل می‌شوند، ضروری است.

نکته‌ی مهم دیگر این است که همکاری IonQ و Kipu Quantum چشم‌اندازی رو به آینده دارد: دسترسی زودهنگام به تراشه‌های ۶۴ و ۲۵۶ کیوبیتی نسل بعد IonQ برنامه‌ریزی شده است که امکان حل ساختارهای پروتئینی بزرگ‌تر و مسائل بهینه‌سازی صنعتی مانند توسعه دارو، لجستیک و طراحی مواد پیشرفته را فراهم می‌کند. مقیاس‌پذیری الگوریتم BF-DCQO در کنار اتصال همه‌به‌همه و فیدلیتی بالای گیت ها در بستر یون به‌دام‌افتاده، مسیری معتبر برای دستیابی به مزیت کوانتومی عملی برای مسائل ترکیبی و زیست‌فیزیکی متراکم ترسیم می‌کند.

این کار تأکید می‌کند که پیشرفت ملموس در کوانتوم نیازمند طراحی مشترک است؛ جایی که توسعه الگوریتم با قابلیت‌های سخت‌افزاری کاملاً هم‌راستا باشد. با رساندن مسائل متراکم به ابعاد رکوردشکن، این دستاورد مشترک Kipu-IonQ استاندارد جدیدی برای قابلیت‌های امروز تعیین کرده و در عین حال مسیر اثرگذاری واقعی کوانتوم در آینده‌ی نزدیک را نشان می‌دهد.

منابع:

[1] https://www.hpcwire.com/off-the-wire/ionq-collaborates-with-kipu-quantum-to-set-records-in-protein-folding-and-optimization-tasks/

[2] https://arxiv.org/pdf/2506.07866

[3] https://thequantuminsider.com/2025/06/20/ionq-and-kipu-quantum-break-new-performance-records-for-protein-folding-and-optimization-problems/

دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.