क्या कम्प्यूटेशनल जीव विज्ञान में समस्याओं के लिए क्वांटम एल्गोरिदम लागू करने वाले किसी भी व्यक्ति के उदाहरण हैं?


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जैसा कि शीर्षक से पता चलता है, मैं क्वांटम एल्गोरिदम के प्रकाशित उदाहरणों की खोज कर रहा हूं, जो कम्प्यूटेशनल बायोलॉजी में समस्याओं के लिए लागू किए जा रहे हैं। स्पष्ट रूप से संभावनाएं अधिक हैं कि व्यावहारिक उदाहरण मौजूद नहीं हैं (अभी तक) - मैं जिस चीज में दिलचस्पी रखता हूं वह अवधारणाओं का कोई प्रमाण है । इस संदर्भ में कम्प्यूटेशनल जीव विज्ञान की समस्याओं के कुछ उदाहरण होंगे:

  • प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी (द्वितीयक, तृतीयक)
  • दवा-लिगंड बाइंडिंग
  • एकाधिक अनुक्रम संरेखण
  • डे-नोवो विधानसभा
  • मशीन लर्निंग एप्लीकेशन

मुझे केवल एक ही ऐसा संदर्भ मिला है, जो मुझे लगता है कि मैं जो कुछ भी देख रहा हूं, उसके बारे में मुझे निराशा है। इस शोध में, ट्रांसक्रिप्शन फ़ैक्टर बाइंडिंग के लिए एक डी-वेव का उपयोग किया गया था, हालांकि, एडियाबेटिक क्वांटम कंप्यूटिंग के दायरे से बाहर के उदाहरणों को देखना दिलचस्प होगा।

क्वांटम सिमुलेशन के संदर्भ में कई हैं। हालांकि वे स्पष्ट रूप से जैविक रूप से प्रासंगिक माने जाने वाले पैमाने पर सिमुलेशन नहीं कर रहे हैं, कोई सोच सकता है कि अनुसंधान की यह रेखा जैविक महत्व के बड़े अणुओं (कई अन्य चीजों के बीच) को मॉडलिंग करने के लिए एक अग्रदूत है।

तो, प्रतिलेखन कारक बाइंडिंग और क्वांटम सिमुलेशन से अलग, क्या अवधारणाओं के कोई अन्य प्रमाण हैं जो मौजूद हैं और जीव विज्ञान के लिए प्रासंगिक हैं?

अद्यतन: मैंने अब तक का सबसे अच्छा उत्तर स्वीकार किया है, लेकिन मैं यह देखने के लिए जाँच करूंगा कि क्या कोई और उदाहरण सामने आता है। यहाँ एक और बात मुझे पता चली है, कुछ पुरानी (2010), जिसका उद्देश्य कम प्रोटीन वाले प्रोटीन की पहचान को जाली प्रोटीन मॉडल में प्रदर्शित करना है - एक डी-वेव प्रकाशन भी।


आपने "कम्प्यूटेशनल बायोलॉजी समस्याओं" के तहत "मशीन लर्निंग एप्लीकेशन" को वर्गीकृत क्यों किया?
JanVdA

मुझे लगता है कि आपके प्रश्न और मेरे हाल के प्रश्न के बीच एक ओवरलैप भी है: quantumcomputing.stackexchange.com/questions/4150/… उदाहरण के लिए, मैं दवा-लिगैंड बाइंडिंग को मापने के लिए क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग करने की क्षमता का अनुमान लगाता हूं नई दवाओं की पहचान में क्रांति ला सकता है ।
JanVdA

मैंने मशीन सीखने के अनुप्रयोगों का उपयोग किया क्योंकि वे कम्प्यूटेशनल जीव विज्ञान और जैव सूचना विज्ञान में सर्वव्यापी हैं। अन्य उदाहरणों को पहले सिद्धांतों का उपयोग करके जैविक प्रक्रियाओं को मॉडलिंग करने पर विचार किया जा सकता है, हालांकि, मशीन सिद्धांत आम तौर पर पहले सिद्धांतों पर आधारित दृष्टिकोण के बजाय एक अनुभवजन्य है। मैं पहले सिद्धांतों पर आधारित मॉडलिंग के लिए प्रतिक्रियाओं को सीमित नहीं करना चाहता था क्योंकि यह गणना के एक उपन्यास मॉडल के अनुप्रयोग के बारे में उतना ही है जितना कि जैविक प्रक्रिया का मॉडलिंग है।
ग्रीनस्टिक

@JanVdA आपके प्रश्न के लिंक के लिए धन्यवाद, यह निश्चित रूप से दिलचस्प है।
ग्रीनस्टिक

जवाबों:


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मैं विशेष रूप से क्वांटम जीव विज्ञान में संदर्भ खोजने में सक्षम नहीं था। हालांकि मुझे एक समीक्षा मिली जिसे क्वांटम असिस्टेड बायोमोलेक्यूलर मॉडलिंग कहा जाता है ।

आपको यह दिलचस्प लग सकता है, लेकिन यह 2010 से है। यह क्षेत्र तब से विकसित हुआ है लेकिन मुझे लगता है कि विचार समान हैं। लेखक क्वांटम कंप्यूटर की क्षमता के विचार पर अधिक ध्यान केंद्रित करते हैं ताकि हर शास्त्रीय पथ को एक साथ आज़माया जा सके।

मुझे मैदान और आम अभ्यास के बारे में ज्यादा जानकारी नहीं है। हालाँकि यदि कम्प्यूटेशनल बायोलॉजी ऑप्टिमाइज़ेशन पर अधिक केंद्रित है, तो क्वांटम खोज एल्गोरिदम या हाइब्रिड शास्त्रीय-क्वांटम सेटअप लागू करना अनुकूल होना चाहिए (भले ही वह व्यावहारिक न हो)।

अब मशीन लर्निंग के बारे में, क्वांटम कंप्यूटिंग के साथ यह थोड़ा अस्पष्ट है। खासकर क्वांटम मशीन लर्निंग नाम से। विभिन्न दृष्टिकोणों / लक्ष्यों को लिया जाता है। कुछ एल्गोरिदम को के-मीन्स, एसवीएम जैसे शास्त्रीय एल्गोरिदम (क्यूआरएएम नामक एक काल्पनिक डिवाइस पर आधारित) पर गति प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया है ... या क्यूक्ज़मैन को प्रतिबंधित बॉल्ज़मैन मशीनों जैसे शास्त्रीय एल्गोरिदम में सीखने की प्रक्रिया में मदद करने के लिए उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए क्वांटम डेटा को कम करने जैसे क्वांटम डेटा के साथ कुछ करने पर ध्यान केंद्रित करना।

निष्कर्ष: हमारे पास अभी कोई स्पष्ट विचार नहीं है लेकिन यह इसे रोमांचक बनाता है। इस प्रक्रिया में, हम केवल नए एल्गोरिदम बना सकते हैं या वर्तमान शास्त्रीय लोगों को सुधार सकते हैं।

संपादित करें : हाल ही में एक प्रेस विज्ञप्ति में जैव सूचना विज्ञान और जीनोमिक्स के लिए क्वांटम कंप्यूटिंग के वास्तविक विश्व अनुप्रयोगों को विकसित करने के लिए रिगेटी कंप्यूटिंग और एंट्रोपिका लैब्स के बीच एक साझेदारी की घोषणा की गई।


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यह एक बहुत अच्छा संदर्भ है। हां, कुछ क्षेत्रों में अनुकूलन काफी सामान्य है, विशेष रूप से आणविक संरचनाओं और बाध्यकारी के मॉडलिंग। मैंने QML के साथ अस्पष्टताओं के बारे में सुना है; आपके स्पष्टीकरण और निष्कर्ष के लिए धन्यवाद। यह उपयोगी है!
ग्रीनस्टिक

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नीस - मैं चूक गया, लेकिन फिर भी किसी ने देखा कि उन्होंने घोषणा की कि 2019 के लिए उनके रोडमैप पर एक 128 qubit संकर प्रणाली थी। इसे साझा करने के लिए धन्यवाद!
ग्रीनस्टिक

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क्या पहला पेपर वास्तव में प्रश्न का उत्तर दे रहा है (= कम्प्यूटेशनल बायोलॉजी में समस्याओं के लिए क्वांटम एल्गोरिदम के उदाहरण)। जब मैंने इसे बहुत तेज़ी से पढ़ा तो कागज मुख्य रूप से कह रहा है कि क्वांटम कंप्यूटिंग "भविष्य में हो सकता है" बायोमोलेक्युल मॉडलिंग में सहायता करता है जो अभी भी यह कहकर दूर है कि पहले से ही ज्ञात क्वांटम एल्गोरिदम हैं जिन्हें हम आज (या शायद भविष्य में भी निष्पादित कर सकते हैं) बायोमोलेस्कुल मॉडलिंग में समस्याओं को हल करने के लिए क्वांटम कंप्यूटर पर्याप्त शक्तिशाली हैं)।
JanVdA

मैं थोड़ा हैरान हूं कि सवाल के संबंध में रिगेट्टी लिंक की प्रासंगिकता क्या है।
जनवेद

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@JanVdA मुझे लगता है कि धारणा यह है कि कुछ मौजूदा एल्गोरिदम को क्वांटम कम्प्यूटेशनल चरणों (जैसे QFT, क्वांटम चलता है) के साथ संवर्धित किया जा सकता है, लेकिन हाँ, लेखक यह नहीं बताते हैं कि वास्तव में उन एल्गोरिदम क्या हैं। जो प्रासंगिक हो सकता है, वह क्वांटम एनीलिंग है, यह देखते हुए कि यह नकली एनालिंग का संबंध है, जिसका आणविक गतिशीलता सिमुलेशन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
ग्रीनस्टिक सिप

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क्वांटम सिमुलेशन का उपयोग उन मॉडलों का परीक्षण करने के लिए किया जा सकता है जो कुछ जैविक प्रक्रिया का वर्णन कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, Potočnik एट अल द्वारा एक 2018 पेपर। सुपरकंडक्टिंग क्वांटम सर्किट (नीचे आंकड़ा देखें) का उपयोग करके हल्की कटाई वाले मॉडल की जांच की।

वर्तमान में, यह एक खुला प्रश्न है कि क्या क्वांटम मैकेनिक्स जैविक प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण कार्यात्मक भूमिका निभाता है। कुछ उम्मीदवार जैविक प्रक्रियाएं जहां क्वांटम यांत्रिकी की ऐसी भूमिका हो सकती है, उनमें पक्षियों, घ्राण और प्रकाश कटाई में चुंबकत्व शामिल हैं।

कागज से चित्र Potočnik एट अल।  2018


आपके प्रतिक्रिया के लिए धन्येवाद। दिलचस्प है, दुर्भाग्य से मॉडलिंग कैसे प्रकाश संश्लेषण क्वांटम हो सकता है सवाल के दायरे में नहीं है। मैं कम्प्यूटेशनल जीव विज्ञान में विहित समस्याओं के लिए एक क्वांटम डिवाइस (किसी प्रकार का एक क्यूसी) पर क्वांटम एल्गोरिदम के अनुप्रयोगों में बहुत रुचि रखता हूं । कुछ उदाहरण एडियाबेटिक क्वांटम एल्गोरिथ्म के साथ ड्रग-टारगेट बाइंडिंग मॉडलिंग कर सकते हैं या एचएचएल प्रेरित एल्गोरिथ्म का उपयोग करके जीन वेरिएंट को कॉल करने के लिए किसी प्रकार की मशीन सीखने के लिए कह सकते हैं। ये निश्चित रूप से खिलौने के उदाहरण होंगे - लेकिन यह इन मौजूदा अवधारणाओं का प्रमाण है, जिनके बाद मैं हूं।
ग्रीनस्टिक

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यह थोड़ा अस्पष्ट है कि आपके पहले पैराग्राफ और वास्तविक प्रश्न के बीच क्या संबंध है। शायद इसे थोड़ा स्पष्ट किया जाना चाहिए।
JanVdA 16
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