01 赛事介绍
国际计算机辅助设计会议（The International Conference on Computer-Aided Design，ICCAD）是计算机辅助设计及电子设计自动化领域的计算机顶级会议，已有超过40年的悠久历史，近年来每年都会举办CAD Contest及Contest for Machine Learning on Hardware等竞赛活动。
今年，ICCAD首次在比赛中加入了量子计算赛道，由圣母大学的梁之鼎博士主要负责组织，佛罗里达大学Di Wu教授、广东省人民医院徐小维博士、摩根大通何子畅博士、乔治梅森大学姜炜文助理教授和圣母大学史弋宇教授协同组织。本次竞赛吸引了来自12个国家、68个机构共计73支队伍的参与，参赛机构包括麻省理工大学、卡内基梅隆大学、芝加哥大学、清华大学、复旦大学和浙江大学等国内外顶尖高校。
本次竞赛获得前三名的团队分别是：由麻省理工-卡内基梅隆大学-杜克大学-北卡大学教堂山分校-芝加哥大学联合组建的MIT-EPiQC-CMU-Duke队、腾讯量子实验室的TQL队和复旦大学的QuantumLoop队。其中，获得第一名的MIT-EPiQC-CMU-Duke队目前公开的方案是使用8个X门产生HF直积态。而腾讯量子实验室以产生实际的纠缠基态为目标，采用了硬件高效拟设、哈密顿量分组和参考态误差缓解等技术，实现了高效、精确的羟基阳离子的量子模拟。此方案也得到比赛组委会一致认可，最终获得第二名的佳绩。
02 赛题介绍
药物设计是一个不断发展的领域，研究分子相互作用在药物设计中具有重要意义。通过深入理解药物与目标分子之间的相互作用机制，可以指导合理的药物设计和优化，从而提高药物的疗效和减少不良反应。近年来，计算化学与人工智能方法在药物设计领域展现出巨大的潜力。以 Alphafold2 为代表的人工智能在生命科学领域取得重要突破，标志着 AI 辅助药物开发的基础理论研究和实践进入新的阶段。然而，如何解决生物领域中的高精度复杂计算，是传统计算方法难以绕过的问题。量子计算有望通过前所未有的效率和准确性，提高我们预测和理解分子性质的能力，解决传统计算机无法处理的挑战，重新定义药物发现的过程。
作为药理学领域的一个关键分子，羟基自由基是许多药物相互作用的中心物种。羟基自由基的高反应活性会导致DNA损害，继而可能引发从神经退行性疾病、心血管疾病到癌症等一系列健康问题[1]。除了其致病作用外，羟基自由基对许多药物的疗效也是必不可少的。从羟基自由基开始，我们希望更深入地理解分子在生物体内的相互作用和效果，随着量子计算的发展，我们期待可以增加对更多样、更大型和更复杂环境下的分子的性质和分子间的交互作用，从而加快药物研发和治疗方案的突破。
03 技术方案
赛题规定使用STO-3G基组和Jordan-Wigner变换，以羟基阳离子作为模型体系，对应于12个量子比特。
图1 OH负离子示意图
图2 腾讯量子实验室采用的量子线路
图3 腾讯量子实验所采用计算方案的总结
04 结语
腾讯量子实验室在计算机辅助设计国际顶会IEEE/ACM ICCAD上举办的Quantum Computing for Drug Discovery Challenge量子计算药物设计竞赛中，斩获了第二名的佳绩。这次竞赛不仅展示了腾讯量子实验室在量子计算药物设计方面的能力积累，也突显了量子计算技术在药物研发领域的潜力。实验室希望可以通过量子计算技术，更精准和高效地预测药物分子的性质，为加速新药研发，贡献自己的力量。
参考文献