面向使用量子中心优化方案预测较长mRNA序列的二级结构
准确预测mRNA的二级结构对于理解基因表达、翻译效率以及推进基于mRNA的疗法至关重要。然而,特别是在长序列中,可能的折叠组合复杂性对经典算法提出了显著的计算挑战。该工作提出了一种可扩展的、以量子为核心的优化框架,该框架将量子采样与经典后处理相结合,以解决这一问题。基于mRNA折叠任务的二次无约束二进制优化(QUBO)公式,研究团队开发了两种互补的工作流程:一种是通过规范变换和局部搜索增强的条件风险价值(CVaR)变分量子算法,另一种是基于瞬时量子多项式(IQP)电路的方案,其中训练在经典计算机上完成,采样则委托给量子硬件。该团队使用IBM量子处理器展示了这些方法的有效性,解决了多达156个量子比特和包含多达950个非局部门电路的问题实例,对应于多达60个核苷酸的mRNA序列。此外,研究团队在无噪声环境下验证了CVaR算法在张量网络模拟器上的可扩展性,达到了多达354个量子比特。这些结果表明,混合量子-经典方法在解决大规模生物优化问题方面的实际能力正在不断增强。
