[發明專利]一種計算蛋白質分子構型的方法、裝置

在審

• 申請號: 202211724298.1
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN116189788A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 魏世杰;龍桂魯;謝浩楠
• 申請（專利權）人: 北京量子信息科學研究院;清華大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G06N10/20
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 武玉琴;謝清萍

本申請提供一種計算蛋白質分子折疊構型的方法、裝置，所述方法包括：給定蛋白質分子構型的哈密頓量的泡利算符形式；對于所述哈密頓量中的每一項，利用量子虛時演化算法構造量子線路圖；執行所述量子線路圖，使得初始量子態經過所述量子線路圖得到量子末態；通過輔助比特測量結果判斷所述量子末態是否是需要的目標態，以獲取蛋白質分子的基態能量；基于所述蛋白質分子的基態能量，獲得所述蛋白質分子的構型信息。通過量子算法可以利用更少的物理資源并且更加高效，方案簡單，選取的含參量子門也易于在近期含噪中等規模的量子計算機上實現。

技術領域

本發明涉及量子計算領域，具體涉及一種計算蛋白質分子構型的方法、裝置。

背景技術

蛋白質分子構型是生物化學中一個重要的研究課題。在生命機體中，蛋白質是細胞功能的載體和承擔者，負責執行絕大部分的細胞功能。蛋白質的結構是氨基酸鏈分子中原子的三維排布，分子中的原子通過氫鍵、離子相互作用、范德華力、疏水作用等相互作用，折疊成特定的空間構型；而對于絕大多數蛋白質來說，其三維結構決定了其特定的功能。為了更好的研究蛋白質在生命活動過程中的重要作用，我們就需要了解蛋白質結構,研究蛋白質功能。

在當今生物技術迅速發展的年代，蛋白質分子構型及其功能成為生物化學等學科中重要的研究課題，其研究成果也被廣泛應用于疾病治療、藥物靶標設計、酶活性促進和抑制、蛋白質工程學等方面。其中許多研究成果對人類了解蛋白質在生命活動和代謝中的意義做出了重大的貢獻，并被授予了諾貝爾獎。而隨著人們的研究需求越來越深入，我們需要了解越來越復雜的蛋白質分子構型，甚至需要對一些蛋白質分子構型進行預測。而當蛋白質分子中原子數量較多時，所需要的計算量也越來越龐大，經典計算機越來越難以勝任這項工作。量子計算機則可以在此類問題上大大降低計算復雜度，從而體現出巨大的優勢。

發明內容

本申請旨在提供一種計算蛋白質分子構型的方法、裝置，通過量子算法可以利用更少的物理資源并且更加高效，方案簡單，選取的含參量子門也易于在近期含噪中等規模的量子計算機上實現。

根據本申請的一方面，提出一種計算蛋白質分子構型的方法，包括：

給定蛋白質分子構型的哈密頓量的泡利算符形式，對于所述哈密頓量中的每一項，利用量子虛時演化算法構造量子線路圖；

執行所述量子線路圖，使得初始量子態經過所述量子線路圖得到量子末態；

通過輔助比特測量結果判斷所述量子末態是否是需要的目標態，以獲取蛋白質分子的基態能量；

基于所述蛋白質分子的基態能量，獲得所述蛋白質分子的構型信息。

根據一些實施例，所述方法包括：

所述通過輔助比特測量結果判斷所述量子末態是否是需要的目標態，以獲取蛋白質分子的基態能量，包括：

重復測量量子態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，則獲取蛋白質分子的基態能量。

根據一些實施例，所述方法還包括：

根據所述蛋白質分子構型的哈密頓量的泡利算符形式，利用經典算法計算得到所述蛋白質分子構型的哈特利福克態，并將所述哈特利福克態作為初始量子態。

根據一些實施例，所述方法包括：

所述執行所述量子線路圖，使得初始量子態經過所述量子線路圖得到量子末態，包括：

對于所述哈密頓量中的每一項，引入一個初始量子態為|0的輔助比特，根據所述哈密頓量的當前項的泡利算符生成可執行的量子線路圖。

根據一些實施例，所述方法包括：

所述根據所述哈密頓量的當前項的泡利算符生成可執行的量子線路圖，還包括：