Un flux de travail quantique-classique simule la plus grande protéine sur du matériel quantique

Une équipe collaborative de la Cleveland Clinic, de RIKEN et d'IBM a utilisé une approche hybride quantique-classique pour simuler une molécule biologiquement pertinente à une échelle jamais atteinte auparavant avec du matériel quantique.

La simulation s'est concentrée sur la trypsine, une protéine de 12 635 atomes, y compris son partenaire de liaison et les molécules d'eau environnantes, représentant la plus grande molécule de ce type modélisée à l'aide de ressources de calcul quantique à ce jour. Le flux de travail a combiné des processeurs quantiques avec des systèmes de calcul haute performance traditionnels pour effectuer les calculs.

Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé jusqu'à 94 qubits sur deux ordinateurs quantiques IBM et ont intégré le superordinateur Fugaku de RIKEN ainsi que le superordinateur Miyabi-G de l'Université de Tokyo et de l'Université de Tsukuba. Ces systèmes classiques ont géré des tâches de diagonalisation de sous-espace, tandis que le matériel quantique a traité d'autres parties du flux de travail.

L'équipe de recherche a également simulé une autre paire protéine-ligand, la T4-Lysozyme, qui se compose de 11 608 atomes. Les deux simulations incluaient les protéines en solution, reflétant des conditions pertinentes pour les systèmes biologiques.

Ce que les chiffres montrent

• La simulation de la trypsine impliquait 12 635 atomes, la plus grande sur du matériel quantique
• Jusqu'à 94 qubits ont été utilisés sur deux ordinateurs quantiques IBM
• Environ 9 200 circuits quantiques ont été exécutés pendant plus de 100 heures
• Environ 1,3 milliard de résultats de mesure ont été collectés
• Le flux de travail a atteint une augmentation de 40 fois la taille du système et une amélioration de jusqu'à 210 fois la précision par rapport aux simulations de six mois auparavant

Le flux de travail hybride quantique-classique a fonctionné pendant plus de 100 heures, exécutant environ 9 200 circuits quantiques et recueillant environ 1,3 milliard de résultats de mesure. Cette approche a permis aux chercheurs d'atteindre une échelle et une précision jamais rapportées dans des simulations de chimie quantique.

Selon le préprint publié, la simulation a été complétée et rapportée le 5 mai 2026. Ce travail a été rendu possible grâce à l'intégration de processeurs quantiques avec des ressources de calcul classiques, une méthode décrite comme le supercalcul quantique centré.

Cette architecture centrée sur le quantique est conçue pour coordonner les tâches entre les processeurs quantiques, les GPU et les CPU, permettant aux calculs scientifiques de passer d'un type de matériel à un autre en fonction des exigences de chaque étape. L'approche vise à optimiser les flux de travail pour des problèmes scientifiques complexes en tirant parti des forces des systèmes quantiques et classiques.

Plus tôt en 2026, RIKEN et IBM ont démontré un flux de travail quantique-classique similaire en utilisant le superordinateur Fugaku et un processeur IBM Quantum Heron. Cet effort a abordé un problème de chimie quantique à une échelle et une précision jamais atteintes auparavant, posant les bases des plus grandes simulations de protéines rapportées plus tard dans l'année.

* Cet article est basé sur des informations publiquement disponibles au moment de la rédaction.