量子计算机是如何参与蛋白质设计的

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蛋白质设计是目前生命科学领域的热点话题，从Rosetta到AlphaFold，科学家们一直致力于使用更为先进的技术来预测以及设计其结构。本文中，作者描述了一种将蛋白质设计问题映射到 D-Wave量子退火计算机的解决方案，并提出了一个系统。作者的方法，称之为Qpacker，该方法使用了一个巨大的侧链rotamer库以及全Rosetta能量函数，来找到合适的氨基酸以及其对应的构象使其可以进行蛋白骨架固定的侧链设计。

作者证明了：

1. 量子退火机可以用于复杂的显示设计任务，岂可以与经典设计方法产生的分子相媲美。

2. 通过大规模的模拟表明，在量子退火机上产生的结果可以为湿实验提供参考信息。

3. 对于在经典计算机上呈指数级扩展的设计任务，QPacker实现了几乎恒定的运行时性能，与任务的复杂性无关。

简介

计算蛋白质设计涉及大量的搜索问题。给与N个设计的序列位置以及D种离散的侧链以及其构象可能性(rotamer), 找到每个位置的rotamer最佳的选择。由于经典的蛋白设计任务会设计数十或者数百个位置，每个位置都有几百甚至上千个rotamer的可能的解决方案，对于这些任务的处理很快的超过了目前的超级计算机的能力。

Rosetta软件（目前主流的蛋白设计软件）所采用的设计方法称之为Packer，使用基于模拟退火的算法来搜索rotamer space进而解决序列设计问题。尽管不能保证收敛到全局最