Het ontwikkelen van nieuwe medicijnen en behandelingen is een kostbaar, tijdrovend proces dat vele jaren in beslag neemt. Kunstmatige intelligentie (AI) biedt een veelbelovende oplossing voor het sneller en kosteneffectief ontdekken van nieuwe kandidaat-geneesmiddelen. Om het potentieel van AI volledig te benutten is echter een immense rekenkracht nodig - kracht die alleen kwantumcomputers kunnen leveren.
Onderzoekers verwijzen vaak naar het samenvoegen van AI en kwantumcomputers als “AI op steroïden”. AI-technologie is er al, maar het succes van deze synergie hangt nog steeds af van de ontwikkeling van kwantumcomputers, die zouden helpen om het volledige potentieel van AI-modellen te benutten, met name in de medische wetenschappen. Is het gebruik van kwantumcomputers in de gezondheidszorg en -onderzoek een kwestie van jaren of decennia, en waarom heeft er nog geen doorbraak plaatsgevonden?
Kwantumcomputers ontcijferen het menselijk lichaam
De vooruitgang op het gebied van AI in de afgelopen twee jaar heeft ertoe geleid dat elk groot farmaceutisch bedrijf experimenteert met AI bij het ontdekken van medicijnen. Systemen zoals AlphaFold 3 van Google DeepMind kunnen driedimensionale structuren van eiwitten, DNA en RNA modelleren, waardoor chemische modificaties kunnen worden geanalyseerd die cellulaire functies reguleren die cruciaal zijn voor de menselijke gezondheid. Deze simulaties vereisen echter enorme rekenkracht. Daarom hebben de Verenigde Staten en sinds kort ook Europa “AI gigafabrieken” gebouwd waar, naast andere toepassingen, bedrijven in de gezondheidswetenschappen AI-modellen kunnen trainen of berekeningen kunnen uitvoeren.
Desondanks kunnen zelfs de krachtigste datacenters binnenkort ontoereikend zijn. Klassieke computers, gebaseerd op krachtige processors, hebben moeite met het simuleren van complexe moleculen vanwege de exponentiële toename in computationele eisen. Kwantumcomputers zouden deze taken echter veel efficiënter kunnen uitvoeren. Sommige berekeningen waar klassieke computers honderden of zelfs miljarden jaren over zouden doen, zouden door kwantumcomputers in slechts enkele minuten of uren kunnen worden uitgevoerd - althans in theorie.
Wetenschappers zijn het erover eens dat kwantumcomputers essentieel zijn voor het sneller ontwikkelen van nieuwe, gepersonaliseerde behandelingen, bijvoorbeeld voor kanker. Kwantumcomputers kunnen kwantummechanische interacties met veel grotere precisie modelleren. Door het gedrag van elektronen in moleculen te simuleren, kunnen ze helpen begrijpen hoe chemische medicijnmoleculen interageren met biologische systemen bij patiënten met specifieke kenmerken.
Het is geen verrassing dat kwantumcomputers veel aandacht krijgen van de farmaceutische industrie. In 2024 ging Merck bijvoorbeeld een driejarige samenwerking aan met HQS Quantum Simulations om software te ontwikkelen voor het ontdekken van geneesmiddelen. In 2023 kondigden Bayer en Google Cloud een samenwerking aan om de ontwikkeling van medicijnen te versnellen door de tensor processing units (TPU's) van Google Cloud te gebruiken voor grootschalige berekeningen in de kwantumchemie. De samenwerking is gericht op het verbeteren van in-silicomodellering van biologische en chemische systemen. Moderna en IBM hebben ook samengewerkt om het potentieel van kwantumcomputing en AI te onderzoeken om het onderzoek naar mRNA te versnellen. Een ander voorbeeld is Qubit Pharmaceuticals, dat ondersteuning biedt bij het ontdekken van medicijnen “met kwantumnauwkeurigheid” met behulp van de Gaia supercomputer met 200 NVIDIA chips.
Door een overeenkomst met IBM werd de eerste experimentele kwantumcomputer opgezet in de Cleveland Clinic, waar wetenschappers de supercomputer gebruiken om nieuwe behandelmethoden te onderzoeken en biomedisch onderzoek te doen.
Supersnelle berekeningen met super fatale fouten
Hoewel er al jaren onderzoek wordt gedaan naar quantum computing, moeten er nog efficiënte en stabiele machines worden ontwikkeld. Er zijn nog verschillende obstakels. Deze apparaten zijn afhankelijk van nog niet volledig begrepen principes van de kwantumfysica. Het bouwen van kwantumcomputers is duur en energie-intensief, en de stabiliteit van kwantumtoestanden vereist temperaturen in de buurt van het absolute nulpunt (-273°C). Hoewel grote techbedrijven zoals Google, IBM, Intel, Microsoft en NVIDIA bezig zijn met de ontwikkeling van kwantumcomputers, zijn hun prestaties nog niet die van klassieke processors voorbijgestreefd. De grootste uitdaging ligt echter in rekenfouten, waardoor kwantumcomputers momenteel niet gebruikt kunnen worden in de geneeskunde, waar fouten levensbedreigend kunnen zijn.
Toch gaat de kwantumrace door. IBM wil de eerste praktische kwantumcomputer ontwikkelen in 2028. In december 2024 introduceerde Google zijn nieuwe kwantumprocessor, Willow, die in tests in minder dan 5 minuten berekeningen uitvoerde waar een van de snelst beschikbare supercomputers 10 septiljoen jaar (10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 jaar) over zou doen.
NVIDIA organiseert zijn allereerste Quantum Day op 20 maart 2025. De oprichter en CEO van het bedrijf, Jensen Huang, nodigt leiders uit de industrie uit om de ontwikkeling van kwantumcomputing te bespreken. Ook het optimisme onder investeerders blijft hoog. In februari 2025 kreeg quantum computing startup QuEra 230 miljoen dollar financiering, gesteund door giganten als Google Quantum AI en het SoftBank Vision Fund. Vanaf 2025 zijn er wereldwijd naar schatting 100 tot 200 kwantumcomputers in gebruik en zijn er nog veel meer in ontwikkeling. Duizenden quantum computing projecten zijn aan de gang, wat de snelle vooruitgang van het veld weerspiegelt. Volgens het rapport Quantum Computing Market - Forecasts from 2025 to 2030 wordt de markt in 2025 geschat op ongeveer $1,79 miljard en zal deze naar verwachting groeien met een samengesteld jaarlijks groeipercentage (CAGR) van 31,64%, tot $7,08 miljard in 2030.
De rol van kwantumcomputers in de geneeskunde
Sommige experts waarschuwen dat de ontwikkeling van kwantumcomputers voor praktisch gebruik jaren, zo niet decennia, kan duren. Een studie uit 2020 schatte dat foutloze, betrouwbare kwantumberekeningen onwaarschijnlijk zijn voor 2026. Sommige experts voorspellen dat de eerste praktische kwantumcomputers misschien pas in 2039 verschijnen.
Kwantumcomputers hebben het potentieel om multidimensionale problemen op te lossen, zoals die in de geneeskunde. Het meeste werk aan kwantumcomputers is gericht op hun toepassingen in de gezondheidszorg. Er staat veel op het spel, met het potentieel voor effectieve behandelingen die de medische wetenschap nog steeds niet kent.
