[發(fā)明專利]一種計(jì)算蛋白質(zhì)分子構(gòu)型的方法、裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211724298.1
• 申請(qǐng)日: 2022-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116189788A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏世杰;龍桂魯;謝浩楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京量子信息科學(xué)研究院;清華大學(xué)
• 主分類號(hào): G16C10/00
• 分類號(hào): G16C10/00;G06N10/20
• 代理公司: 北京律和信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11446
• 代理人: 武玉琴;謝清萍

1.一種計(jì)算蛋白質(zhì)分子構(gòu)型的方法，其特征在于，包括：

給定蛋白質(zhì)分子構(gòu)型的哈密頓量的泡利算符形式，對(duì)于所述哈密頓量中的每一項(xiàng)，利用量子虛時(shí)演化算法構(gòu)造量子線路圖；

執(zhí)行所述量子線路圖，使得初始量子態(tài)經(jīng)過(guò)所述量子線路圖得到量子末態(tài)；

通過(guò)輔助比特測(cè)量結(jié)果判斷所述量子末態(tài)是否是需要的目標(biāo)態(tài)，以獲取蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量；

基于所述蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量，獲得所述蛋白質(zhì)分子的構(gòu)型信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過(guò)輔助比特測(cè)量結(jié)果判斷所述量子末態(tài)是否是需要的目標(biāo)態(tài)，以獲取蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量，包括：

重復(fù)測(cè)量量子態(tài)在哈密頓量下的能量平均值，并判斷如果所述能量平均值的變化幅度小于閾值，則獲取蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括：

根據(jù)所述蛋白質(zhì)分子構(gòu)型的哈密頓量的泡利算符形式，利用經(jīng)典算法計(jì)算得到所述蛋白質(zhì)分子構(gòu)型的哈特利福克態(tài)，并將所述哈特利福克態(tài)作為初始量子態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述執(zhí)行所述量子線路圖，使得初始量子態(tài)經(jīng)過(guò)所述量子線路圖得到量子末態(tài)，包括：

對(duì)于所述哈密頓量中的每一項(xiàng)，引入一個(gè)初始量子態(tài)為|0的輔助比特，根據(jù)所述哈密頓量的當(dāng)前項(xiàng)的泡利算符生成可執(zhí)行的量子線路圖。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述哈密頓量的當(dāng)前項(xiàng)的泡利算符生成可執(zhí)行的量子線路圖，還包括：

將所述量子線路圖表示為一系列基本量子門(mén)操作，并通過(guò)量子計(jì)算機(jī)執(zhí)行所述量子線路圖對(duì)應(yīng)的量子演化過(guò)程，得到量子末態(tài)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述通過(guò)輔助比特測(cè)量結(jié)果判斷所述量子末態(tài)是否是需要的目標(biāo)態(tài)，以獲取蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量，還包括：

測(cè)量輔助比特，當(dāng)輔助比特處于|0，計(jì)算得到哈密頓量的當(dāng)前項(xiàng)在步長(zhǎng)為Δt的虛時(shí)演化后的量子末態(tài)|ψ，表示為|ψ＝A*exp(-c_kh_kΔt)|ψ₀，

其中，A是歸一化系數(shù)，c_k是哈密頓量的第k項(xiàng)的系數(shù)，h_k是哈密頓量的第k項(xiàng)的泡利矩陣，Δt是虛時(shí)演化的步長(zhǎng)，ψ₀是初始量子態(tài)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述重復(fù)測(cè)量量子態(tài)在哈密頓量下的能量平均值，并判斷如果所述能量平均值的變化幅度小于閾值，則獲取蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量，包括：

當(dāng)哈密頓量中的所有項(xiàng)計(jì)算完成后，重復(fù)測(cè)量量子末態(tài)在哈密頓量下的能量平均值。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述重復(fù)測(cè)量量子態(tài)在哈密頓量下的能量平均值，并判斷如果所述能量平均值的變化幅度小于閾值，則獲取蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量，還包括：

所述重復(fù)測(cè)量量子態(tài)在哈密頓量下的能量平均值，直到連續(xù)兩次測(cè)量到的所述能量平均值之差小于閾值，則輸出最后一次測(cè)量得到的所述能量平均值。

9.一種計(jì)算蛋白質(zhì)分子折疊構(gòu)型的裝置，其特征在于，包括至少一個(gè)量子處理器和至少一個(gè)經(jīng)典處理器，與所述至少一個(gè)量子處理器通信連接的量子寄存器，以及與所述至少一個(gè)量子處理器和至少一個(gè)經(jīng)典處理器通信連接的存儲(chǔ)器和經(jīng)典寄存器；其中，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)執(zhí)行指令，所述至少一個(gè)量子處理器和至少一個(gè)經(jīng)典處理器用于根據(jù)所述執(zhí)行指令，

所述量子處理器配置為：

給定蛋白質(zhì)分子構(gòu)型的哈密頓量的泡利算符形式，對(duì)于所述哈密頓量中的每一項(xiàng)，利用量子虛時(shí)演化算法構(gòu)造量子線路圖；執(zhí)行所述量子線路圖，使得初始量子態(tài)經(jīng)過(guò)所述量子線路圖得到量子末態(tài)；通過(guò)輔助比特測(cè)量結(jié)果判斷所述量子末態(tài)是否是需要的目標(biāo)態(tài)，以獲取蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量；基于所述蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量，獲得所述蛋白質(zhì)分子的構(gòu)型信息；

所述經(jīng)典寄存器配置為保存所述量子寄存器的測(cè)量結(jié)果和參數(shù)數(shù)據(jù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述量子處理器還配置為：

重復(fù)測(cè)量量子態(tài)在哈密頓量下的能量平均值，并判斷如果所述能量平均值的變化幅度小于閾值，則獲取蛋白質(zhì)分子的基態(tài)能量。