خيط طويل من الخرز يستقر في صندوق صغير، بعض الخرزات تلتصق ببعضها البعض، وأخرى تتباعد أكثر. هذه هي المهمة التي يحلها البروتين عندما يطوي نفسه ليشكل جزيئًا فعالاً. لكن عدد الخرزات، أي الأحماض الأمينية، قد يصل إلى المئات، وكل تلامس بينها يغير البنية بأكملها.
في الدراسة الجديدة، أخذ العلماء ستة بروتينات قصيرة، كل منها مكون من 14 إلى 16 حمضًا أمينيًا، وكلفوا جهازًا كموميًا من 64 أيون باريوم بطيها. عمل كل أيون كمغناطيس صغير، ووصف النظام بأكمله بمعادلة معقدة تتضمن تفاعلات تصل إلى خمسة أجسام في وقت واحد. الحاسوب التقليدي يغرق في مثل هذه الحسابات لأن عدد الاحتمالات ينمو كالانهيار الجليدي. هنا طبقوا تقنية خاصة تسمى "التحسين الكمومي المضاد للانجراف برقمنة الحقل المنحاز" (bias-field digitized counterdiabatic quantum optimization)، أو ببساطة "المرشد الذكي". بعد كل تشغيل، تذكرت الخوارزمية أزواج الأحماض الأمينية التي كانت غالبًا متجاورة، وفي المحاولة التالية دفعت الأيونات بلطف نحو تلك المواضع الناجحة.
هذا النهج لا يضمن نتيجة مثالية من المحاولة الأولى، لكنه يحرك "الطقس" بشكل ملحوظ في الاتجاه الصحيح. البيانات الخام من الجهاز الكمومي لا تزال مليئة بالضوضاء، لذا مرروها عبر مرشح نهائي، وهو خوارزمية تأخذ التلميحات الكمومية حول التلامسات وتبني عليها سلسلة مقبولة هندسيًا. في النهاية، تمكنوا لعدة بروتينات من الوصول إلى نفس الطاقة التي توصلت إليها الحسابات التقليدية المرجعية، بل وتحسينها لواحد منها. هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها طي البروتينات بشكل هادف على معالج أيوني بهذا الحجم، وليس مجرد تشغيل سلاسل عشوائية.
لماذا هذا مهم؟ طي البروتين هو أحد أكثر المهام تقلبًا في علم الأحياء. من الشكل الذي يتخذه الجزيء يتحدد ما إذا كان سيعمل كدواء أم يصبح كتلة عديمة الفائدة. الحواسيب العملاقة التقليدية تقضي شهورًا في حساب بروتين كبير واحد. الأجهزة الكمومية تعد بتقليص هذا الوقت إلى ساعات، لكنها تتعثر حتى الآن بسبب الضوضاء والأخطاء. التجربة الحالية تظهر أنه حتى "العتاد" غير المثالي يمكن أن يقدم تلميحات مفيدة إذا تم تنظيم الحوار بين البحث الكمومي والإكمال التقليدي بشكل صحيح. في المستقبل، قد تصبح هذه الخطوط الهجينة أداة عمل لتصميم مواد وأدوية جديدة، قبل وقت طويل من ظهور حاسوب كمومي مثالي.
خيط الخرز الذي ذكرناه في البداية لا يتشكل بشكل أعمى، بل مع مرشد ذكي يتعلم من كل انحناءة. ولم يعد الصندوق لغزًا.
بروتين مكون من 100 حمض أميني يمكن نظريًا أن يتخذ أشكالًا أكثر من عدد الذرات في الكون المرئي، لكنه في الخلية يجد الشكل الصحيح الوحيد في أجزاء من الثانية.
في رواية بيتر واتس "العمى الكاذب"، تستخدم كائنات فضائية بروتينات ذات هندسة غير مألوفة، مما يجعلها غير مرئية لأجهزة المسح الأرضية، والتحليلات الكمومية قد تكشف يومًا ما مثل هذه الطيات.