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细胞系统的计算建模（其中反应物受生化方程和物理表征约束）需要消耗大量经典计算资源。这些限制显著制约了模拟的系统规模和时空尺度。核心挑战在于“维度灾难”——可能的反应项数量随物种数量呈指数级增长，且涉及多体相互作用的反应速率计算在经典计算机上无法以多项式时间完成。该研究团队提出了一种量子算法框架以克服这些挑战，其利用量子计算架构同步计算反应速率并追踪亚细胞系统的时空动态演化过程。研究团队将反应-扩散方程（RDE）推广至具有任意物种数量的多尺度系统，涵盖高阶相互作用。该方法实现了两大关键量子优势：（1）反应速率计算中实现指数级量子加速（前提是能在量子计算机上高效制备多项式精度的基态）；（2）求解非线性RDE时，空间网格点呈二次方标度、物种数量呈多项式标度，与经典方法随系统自由度指数级增长的标度形成鲜明对比。据我们所知，这是首个高效求解多尺度反应-扩散系统的量子算法。该框架为跨越传统不可及的时空尺度模拟生物相关亚细胞过程开辟了新途径，对计算生物学、软物质物理和生物物理建模具有深远意义。