Las aplicaciones prácticas de la computación cuántica en medicina comienzan a estar al alcance la mano. De hecho, hace pocos meses se puso en operación la primera computadora cuántica del mundo dedicada específicamente a la investigación médica. Se trata de la IBM Quantum System One instalada en la Clínica Cleveland, en la ciudad homónima estadounidense. La clínica —manejada por una organización sin fines de lucro— busca aprovechar la tecnología para acelerar los resultados en diversas investigaciones biomédicas.
Ahora bien, ¿en qué se basa la computación cuántica? En la física cuántica, la cual describe el comportamiento de las partículas fundamentales de los átomos, como los electrones o los fotones. Las computadoras cuánticas operan controlando el comportamiento de estas partículas. Es decir, este tipo de máquinas no cuantifican su rendimiento en bits binarios, sino en qubits (bits cuánticos).
Cada bit puede estar en posición “0” o “1”, equivalentes a sí o no, encendido o apagado. Los qubits, en cambio, puede estar en posiciones “0” y “1” a la vez. Además, puede abarcar todos los estados posibles entre ese rango. Esta característica, denominada superposición, actúa en conjunto con otras propiedades cuántica: el entrelazamiento y el efecto túnel. Juntas, aumentan exponencialmente la capacidad de cálculo de la computadora.
Gracias a las propiedades cuánticas, las computadoras de ese tipo pueden ejecutar en simultáneo todos los cálculos que una computadora normal debe procesar linealmente. Esto permite, por ejemplo, realizar en minutos búsquedas y cálculos que tomarían decenas o cientos de años en computadoras convencionales.
Casos de uso
El artículo El estado de las aplicaciones de computación cuántica en salud y medicina aborda las posibilidades médicas de esta nueva tecnología. Escrito por el doctor Frederik F. Flöther —director general adjunto de a la empresa QuantumBasel y antes responsable de salud y ciencias de la vida en IBM Quantum— explora casos de uso investigados en estudios de prueba de concepto de la computación cuántica en medicina. Los casos se agrupan en tres áreas: genómica e investigación clínica, diagnóstico y tratamientos e intervenciones.
●Genómica e investigación clínica: Abarcan la alineación de secuencias; reconstrucción de novo de la secuencia de ADN; el plegamiento de proteínas e interacciones con ligandos (moléculas de señalización que participa tanto en procesos inorgánicos como bioquímicos); el cálculo de campos de fuerza y estructuras electrónicas, y el cribado y generación de entidades moleculares como candidatos a fármacos.
●Diagnósticos: Incluyen la clasificación y reconstrucción de imágenes médicas; la evaluación de enfermedades basada en muestras genómicas; la clasificación de datos clínicos; la predicción del riesgo de enfermedades, y la agrupación de individuos similares.
●Tratamientos e intervenciones: Investigan la persistencia y predicción de conductas relacionadas con la salud; el pronóstico de efectividad de tratamientos e intervenciones; la predicción de brotes de enfermedades y modelos de propagación de enfermedades; la oncología de precisión, y la radioterapia personalizada.
Aceleración exponencial
Entre los objetivos fijados para las investigaciones hechas en Cleveland con la IBM Quantum System One, se incluyen las siguientes aplicaciones de la computación cuántica en medicina:
●Desarrollo de procesos para detectar y optimizar fármacos dirigidos a proteínas específicas.
●Mejora de un modelo de predicción mejorado para el riesgo cardiovascular después de una cirugía no cardíaca.
●Aplicación de inteligencia artificial para buscar resultados de secuenciación del genoma y grandes bases de datos de objetivos de fármacos. Se pretende identificar medicamentos existentes eficaces que podrían ayudar a los pacientes con Alzheimer y otras enfermedades.
La computación cuántica en medicina también puede acelerar exponencialmente los ensayos clínicos in silico. Éstos consisten en simulaciones informáticas individualizadas para el desarrollo o la evaluación reglamentaria de un medicamento, dispositivo o intervención.
El uso de la computación cuántica en medicina podría permitir la construcción de “humanos virtuales” y simulaciones completas. Incluso, posibilitaría la realización de ensayos clínicos ‘en vivo’ con un gran número de pacientes virtuales, cada uno meticulosamente particularizado. Esto acortaría el tiempo necesario para los ensayos y abonaría a su su calidad y exhaustividad.
En lo que se refiere a la secuenciación del ADN, recurrir a la computación cuántica en medicina posibilitará realizar análisis más completos y más rápidos de todo el genoma. Además, las predicciones serán más confiables, puesto que se procesaría mucha más información que con las computadoras tradicionales. De hecho, el uso de la computación cuántica en medicina ayudaría eliminar las conjeturas en la genómica y la genética.
Más usos previsibles de la computación cuántica en medicina
●Se podrá procesar en instantes un gran volumen de datos electrónicos obtenidos de dispositivos usados (wearables) por los pacientes. Lo mismo ocurrirá con los expedientes clínicos electrónicos (ECE).
●En combinación con otras tecnologías, como la inteligencia artificial, la computación cuántica en medicina permitirá diagnósticos sumamente acertados en tan sólo una fracción del tiempo que se necesita actualmente. Esta misma información podría utilizarse para detectar patrones y predecir el futuro desarrollo de algunas enfermedades mucho antes de que los pacientes o los médicos tengan oportunidad de percatarse de ellas.
●La encriptación cuántica de la información médica hará factible alcanzar niveles de ciberseguridad mucho más robustos que los disponibles actualmente; este aspecto es de particular importancia, dado que la rapidez de la computación cuántica puede hacer trizas las medidas de ciberseguridad actuales. Por ello, es necesario recurrir al mismo tipo de computación para atajar los posibles ataques cibernéticos.
