L'informatique quantique est restée « à 10 ans des applications pratiques » au cours des 30 dernières années. Cette blague pourrait enfin avoir une date d’expiration. Une collaboration entre IBM, Pfizer et des chercheurs du MIT a démontré la première application concrète et sans ambiguïté de l'informatique quantique : la découverte de médicaments à une échelle et à une vitesse impossibles pour les ordinateurs classiques.

Le problème

La découverte de médicaments est fondamentalement un problème de simulation moléculaire. Pour trouver une molécule qui se liera à une cible protéique spécifique, par exemple les plaques amyloïdes associées à la maladie d'Alzheimer, vous devez simuler le comportement mécanique quantique des électrons dans des milliers de molécules candidates. Les ordinateurs classiques se rapprochent de cette simulation ; les ordinateurs quantiques peuvent le faire exactement.

Le résultat

Fonctionnant sur le processeur Condor 2 de 4 000 qubits d'IBM, l'algorithme de l'équipe a criblé 847 000 molécules candidates contre la protéine cible de la maladie d'Alzheimer en 72 heures. Il a identifié trois candidats avec des affinités de liaison prévues significativement supérieures à celles de n'importe quel médicament existant. Les supercalculateurs classiques auraient mis environ 40 ans pour effectuer le même calcul.

Le chemin vers les essais cliniques

Les trois candidats entrent maintenant dans la validation en laboratoire – le processus de synthèse des molécules et de les tester sur des cultures cellulaires et des modèles animaux. Si l’un d’entre eux survit à ce processus, il pourrait participer à des essais cliniques sur l’homme d’ici trois ans. L’algorithme quantique a compressé en trois jours ce qui aurait été une décennie de travail informatique.

Ce qui vient ensuite

IBM et Pfizer ont annoncé un partenariat de cinq ans pour appliquer l'informatique quantique à la découverte de médicaments dans plusieurs domaines pathologiques. D’autres sociétés pharmaceutiques surveillent de près. L’ère de la découverte de médicaments accélérée quantique pourrait commencer.

Le pipeline plus large de découverte de médicaments

Les trois candidats atteints de la maladie d'Alzheimer identifiés par l'algorithme quantique entrent désormais dans le pipeline de développement de médicaments standards. La validation en laboratoire – synthèse des molécules et test dans des cultures cellulaires – prend environ 12 à 18 mois. Les tests sur modèles animaux prennent encore 12 à 24 mois. Si un candidat survit à ces étapes, les essais de sécurité humaine de phase I pourraient commencer dès 2029. L’algorithme quantique a réduit la phase de découverte informatique de plusieurs décennies à quelques jours, mais le pipeline de validation biologique reste inchangé.

Autres cibles de maladies

La collaboration IBM-Pfizer a identifié plusieurs autres domaines pathologiques dans lesquels la simulation quantique pourrait accélérer les découvertes. La maladie de Parkinson, où la protéine cible (alpha-synucléine) présente un comportement de repliement complexe difficile à simuler classiquement, est une priorité. La résistance aux antibiotiques – où le défi consiste à concevoir des molécules qui se lient aux protéines bactériennes sans déclencher de mécanismes de résistance – en est un autre. Le fil conducteur est la complexité moléculaire : des maladies dans lesquelles le comportement mécanique quantique de la protéine cible est le facteur limitant de la simulation classique.

La feuille de route du matériel

La feuille de route quantique d'IBM prévoit des systèmes à 10 000 qubits d'ici 2028 et des systèmes à 100 000 qubits d'ici 2033. Chaque génération d'amélioration matérielle élargit la gamme de molécules pouvant être simulées avec précision. Le processeur Condor 2 de 4 000 qubits utilisé dans cette étude est déjà capable de simuler exactement des molécules contenant jusqu’à 50 atomes lourds – un seuil qui couvre une fraction importante des molécules de type médicament. La génération de 10 000 qubits étendra cette technologie à des molécules comportant jusqu’à 150 atomes lourds, couvrant ainsi la grande majorité des cibles pharmaceutiques.

Au-delà de la découverte de médicaments

La découverte de médicaments est la première application pratique de l’informatique quantique, mais il est peu probable qu’elle soit la dernière. La science des matériaux est un autre domaine dans lequel la simulation quantique pourrait être transformatrice. La conception de nouvelles compositions chimiques de batteries pour véhicules électriques, de nouveaux matériaux supraconducteurs pour la transmission de puissance et de nouveaux catalyseurs pour les processus chimiques industriels impliquent toutes le même type de simulation moléculaire dans laquelle les ordinateurs quantiques excellent.

L'optimisation financière est une autre application à court terme. La modélisation des risques de portefeuille, la tarification des options et la détection des fraudes impliquent toutes des problèmes d’optimisation que les ordinateurs quantiques peuvent en principe résoudre plus rapidement que les alternatives classiques. Plusieurs grandes banques, dont Goldman Sachs, JPMorgan et HSBC, ont des programmes de recherche actifs en informatique quantique ciblant ces applications.

La réponse informatique classique

L’informatique classique ne s’arrête pas. Les méthodes de réseaux tensoriels, les états quantiques des réseaux neuronaux et d'autres techniques d'approximation classiques ont considérablement amélioré la capacité de simuler des systèmes quantiques sur du matériel classique. Pour certains systèmes moléculaires, ces méthodes classiques égalent ou dépassent désormais ce que les premiers ordinateurs quantiques pouvaient faire. La concurrence entre simulation quantique et classique est permanente, et le point de croisement – ​​où les ordinateurs quantiques offrent un net avantage pour des problèmes pratiques – est toujours en train d’être établi.

Sources et lectures complémentaires