當(dāng)前，量子計(jì)算快速發(fā)展，在醫(yī)藥領(lǐng)域展示出廣闊的應(yīng)用前景。2023年全球醫(yī)藥領(lǐng)域量子計(jì)算的市場(chǎng)價(jià)值為8500萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)到2028年將超過(guò)5億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)42.5%，美國(guó)、日本、丹麥等國(guó)已加速相關(guān)部署。在此背景下，英國(guó)國(guó)家量子計(jì)算中心于2025年3月發(fā)布《醫(yī)療制藥與量子計(jì)算的融合：醫(yī)學(xué)新前沿》洞察報(bào)告，深入探討了量子計(jì)算在未來(lái)數(shù)十年內(nèi)對(duì)醫(yī)藥領(lǐng)域可能帶來(lái)的變革性影響，并從研發(fā)計(jì)劃制定、開(kāi)放創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)、專業(yè)人才培養(yǎng)、資源和資金分配、加速行業(yè)應(yīng)用等方面提出一系列政策建議。

2024年10月，在英國(guó)國(guó)家科研與創(chuàng)新署（UKRI）的資助下，英國(guó)國(guó)家量子計(jì)算中心（NQCC）正式設(shè)立，旨在通過(guò)與產(chǎn)業(yè)界、政府機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)界合作，培育英國(guó)量子計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)，重點(diǎn)關(guān)注量子計(jì)算在能源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、藥物發(fā)現(xiàn)、氣候預(yù)測(cè)和人工智能創(chuàng)新等領(lǐng)域的應(yīng)用。2025年3月25日，NQCC發(fā)布首份洞察報(bào)告《醫(yī)療制藥與量子計(jì)算的融合：醫(yī)學(xué)新前沿》報(bào)告指出，量子計(jì)算有望為醫(yī)藥領(lǐng)域帶來(lái)變革性影響。

一

量子計(jì)算在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用潛力和挑戰(zhàn)

（一）應(yīng)用潛力

隨著醫(yī)療數(shù)據(jù)量的持續(xù)增長(zhǎng)以及生物模型的日益復(fù)雜化，經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)在處理大規(guī)模、高維數(shù)據(jù)集、精確模擬復(fù)雜分子和生物相互作用方面正逐漸逼近極限。在此背景下，量子計(jì)算有望成為解決醫(yī)療保健和制藥領(lǐng)域計(jì)算挑戰(zhàn)的有力工具：（1）加速問(wèn)題解決：量子計(jì)算機(jī)有望實(shí)現(xiàn)經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以企及的高速?gòu)?fù)雜計(jì)算。例如，模擬分子間相互作用或在極短時(shí)間內(nèi)完成蛋白質(zhì)—配體結(jié)合過(guò)程，大幅縮短藥物研發(fā)周期；（2）提高解決方案精度：通過(guò)直接模擬量子現(xiàn)象（如電子行為和分子反應(yīng)），量子計(jì)算具有提供高精度模擬的潛力，這對(duì)于計(jì)算電子結(jié)構(gòu)和預(yù)測(cè)復(fù)雜生物行為等至關(guān)重要，能夠加速開(kāi)發(fā)更有效的治療方法；（3）降低成本并提高能源效率：量子計(jì)算機(jī)有潛力更高效地執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，減少能源消耗并降低運(yùn)營(yíng)成本，這對(duì)于資源密集型任務(wù)尤為重要（如復(fù)雜的大型分子模擬和大規(guī)模基因組數(shù)據(jù)分析）。

量子計(jì)算在醫(yī)療保健領(lǐng)域最具前景的應(yīng)用之一是量子化學(xué)，能為藥物研發(fā)和材料科學(xué)提供關(guān)鍵支撐。傳統(tǒng)的量子化學(xué)方法依賴于近似技術(shù)模擬分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)過(guò)程，盡管在處理簡(jiǎn)單系統(tǒng)時(shí)表現(xiàn)尚可，但在面對(duì)高度糾纏的分子或涉及大量電子的復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)會(huì)遇到計(jì)算瓶頸，導(dǎo)致效率低下。量子計(jì)算可通過(guò)精確和高效模擬分子系統(tǒng)克服相關(guān)限制，早期的量子—經(jīng)典混合方法已在蛋白質(zhì)—配體結(jié)合親和力預(yù)測(cè)等任務(wù)中展現(xiàn)出巨大潛力，使分子優(yōu)化和反應(yīng)建模更加高效。同時(shí)，經(jīng)典方法在模擬復(fù)雜生物系統(tǒng)以及預(yù)測(cè)藥物反應(yīng)方面面臨諸多挑戰(zhàn)，量子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)虛擬篩選的大規(guī)模自動(dòng)化并為藥物設(shè)計(jì)和遞送優(yōu)化提供高保真模擬。此外，隨著基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)集規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)模型往往難以從中提取出有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)，量子算法或?qū)⒂兄诮沂靖呔S生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)中的復(fù)雜相關(guān)性，優(yōu)化藥物發(fā)現(xiàn)模擬過(guò)程，改進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)療策略。量子計(jì)算在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)詳見(jiàn)圖1。

圖1 量子計(jì)算在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

（二）主要技術(shù)挑戰(zhàn)

NQCC指出，將量子計(jì)算充分應(yīng)用至醫(yī)藥領(lǐng)域主要面臨以下技術(shù)挑戰(zhàn)：（1）可擴(kuò)展性：當(dāng)前量子系統(tǒng)缺乏在藥物發(fā)現(xiàn)等實(shí)際應(yīng)用中所需的量子比特?cái)?shù)量和相干時(shí)間。（2）糾錯(cuò)：實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，這會(huì)限制能夠可靠運(yùn)行的算法的復(fù)雜性。（3）獲取真實(shí)數(shù)據(jù)：訪問(wèn)真實(shí)世界的數(shù)據(jù)并在受控醫(yī)療數(shù)據(jù)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)，對(duì)于理解真實(shí)世界的應(yīng)用開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。（4）基準(zhǔn)測(cè)試：確立明確的指標(biāo)和基準(zhǔn)，以展示量子技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用是必要條件。（5）算法開(kāi)發(fā)：有必要開(kāi)發(fā)專門針對(duì)醫(yī)療保健和制藥應(yīng)用的量子算法，并確保算法能夠在當(dāng)前和未來(lái)的硬件上高效運(yùn)行。（6）整合：開(kāi)發(fā)高效的量子—經(jīng)典混合方法對(duì)于在現(xiàn)有工作流程中利用量子能力至關(guān)重要。（7）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和供給：需要開(kāi)發(fā)并標(biāo)準(zhǔn)化能將經(jīng)典醫(yī)療數(shù)據(jù)編碼為量子態(tài)的有效方法。

二

加速量子計(jì)算應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域的戰(zhàn)略方向

NQCC在會(huì)議研討、行業(yè)咨詢的基礎(chǔ)上，為政策制定者、資助機(jī)構(gòu)和其他利益相關(guān)方提出了加速量子計(jì)算應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域的戰(zhàn)略方向。

（一）制定戰(zhàn)略路線圖

在路線圖創(chuàng)建方面，一是創(chuàng)建動(dòng)態(tài)路線圖，重點(diǎn)是在識(shí)別總體研究主題和建立時(shí)間表之間取得平衡；二是隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，確保不斷完善路線圖，包括更詳盡的應(yīng)用場(chǎng)景、潛在影響和效益等方面；三是將應(yīng)對(duì)重大挑戰(zhàn)作為路線圖的里程碑，集中力量有序推進(jìn)相關(guān)研發(fā)。在基準(zhǔn)測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)化方面，一是開(kāi)發(fā)用于醫(yī)療保健和制藥領(lǐng)域的量子應(yīng)用基準(zhǔn)測(cè)試；二是明確跨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)測(cè)試的定義；三是創(chuàng)建用于醫(yī)療保健的量子算法標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議。

（二）明確研發(fā)計(jì)劃

在重點(diǎn)研究領(lǐng)域方面，一是識(shí)別并重點(diǎn)投資具有重大影響的應(yīng)用，例如分子動(dòng)力學(xué)、量子化學(xué)模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)應(yīng)用；二是明確識(shí)別經(jīng)典計(jì)算方法的局限性，確定量子計(jì)算可以賦能的領(lǐng)域；三是開(kāi)發(fā)醫(yī)療領(lǐng)域?qū)Ｓ每蓴U(kuò)展量子算法；四是進(jìn)一步探索量子—經(jīng)典混合方法，應(yīng)對(duì)近期挑戰(zhàn)。在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面，一是為研究人員和產(chǎn)業(yè)界合作伙伴提供量子計(jì)算測(cè)試平臺(tái)和其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施；二是預(yù)先開(kāi)發(fā)量子就緒(quantum-ready）的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，支持未來(lái)應(yīng)用。

（三）構(gòu)建開(kāi)放創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)

在跨部門合作方面，一是促進(jìn)學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和政府機(jī)構(gòu)之間的合作；二是促進(jìn)國(guó)際合作，發(fā)揮各國(guó)特定優(yōu)勢(shì)；三是組建行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)前聯(lián)盟，解決領(lǐng)域內(nèi)的共同挑戰(zhàn)。在開(kāi)放創(chuàng)新模式方面，一是支持以任務(wù)為導(dǎo)向的創(chuàng)新和類似于AlphaFold的開(kāi)放創(chuàng)新模式；二是創(chuàng)建分享研究成功與失敗的框架，加速知識(shí)轉(zhuǎn)移；三是組織黑客松和挑戰(zhàn)賽，解決醫(yī)療保健領(lǐng)域內(nèi)特定量子計(jì)算難題。

（四）培養(yǎng)專業(yè)人才和具有量子素養(yǎng)的勞動(dòng)力

在專業(yè)教育項(xiàng)目方面，一是建立專注于量子軟件開(kāi)發(fā)以及在化學(xué)、制藥和材料科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用量子計(jì)算的博士生培訓(xùn)中心；二是為監(jiān)管者和醫(yī)療專業(yè)人員設(shè)立量子計(jì)算素養(yǎng)項(xiàng)目；三是設(shè)立量子應(yīng)用工程師培訓(xùn)項(xiàng)目，培養(yǎng)能夠彌合量子技術(shù)與商業(yè)需求之間鴻溝的專業(yè)人才。在勞動(dòng)力轉(zhuǎn)型方面，一是開(kāi)發(fā)旨在提升醫(yī)療和制藥行業(yè)工作人員量子技能的相關(guān)項(xiàng)目；二是構(gòu)建框架支持對(duì)量子計(jì)算的合規(guī)應(yīng)用，而不是取代人類工作，消除人們對(duì)工作被取代的擔(dān)憂。

（五）加強(qiáng)監(jiān)管和數(shù)據(jù)保護(hù)

在監(jiān)管方面，一是與監(jiān)管機(jī)構(gòu)協(xié)作，評(píng)估并推動(dòng)制定用于驗(yàn)證量子技術(shù)在醫(yī)療保健和制藥領(lǐng)域的相關(guān)指南；二是調(diào)查制定量子倫理指南的需求，特別是在個(gè)性化醫(yī)療應(yīng)用方面；三是利用監(jiān)管沙盒機(jī)制，在受控環(huán)境中測(cè)試并完善量子醫(yī)療應(yīng)用。在數(shù)據(jù)保護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)方面，一是利用抗量子密碼技術(shù)保障健康數(shù)據(jù)安全；二是開(kāi)發(fā)量子合作研究中的數(shù)據(jù)共享協(xié)議；三是深入理解并推動(dòng)醫(yī)療數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)量子計(jì)算的應(yīng)用。

（六）優(yōu)化資金和資源分配

在長(zhǎng)期資金策略方面，一是倡導(dǎo)持續(xù)、長(zhǎng)期的資金支持，資助私營(yíng)部門和學(xué)術(shù)界開(kāi)展量子計(jì)算研究；二是簡(jiǎn)化資助流程，并建立明確的資金日程表和長(zhǎng)周期的申請(qǐng)時(shí)間表，以便進(jìn)行更全面的項(xiàng)目規(guī)劃。在目標(biāo)投資領(lǐng)域方面，一是在硬件開(kāi)發(fā)、算法研究和最終用戶應(yīng)用開(kāi)發(fā)之間平衡資金分配；二是重點(diǎn)支持已展示出商業(yè)價(jià)值并具有規(guī)?；瘽摿Φ母拍铗?yàn)證項(xiàng)目；三是積極投資量子安全密碼學(xué)相關(guān)研究和實(shí)踐。

（七）支持行業(yè)應(yīng)用和商業(yè)化

在行業(yè)應(yīng)用方面，一是識(shí)別并重點(diǎn)投資有望推動(dòng)量子計(jì)算在醫(yī)療保健領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“ChatGPT時(shí)刻”的應(yīng)用場(chǎng)景；二是重點(diǎn)關(guān)注量子計(jì)算能夠顯著超越或增強(qiáng)現(xiàn)有計(jì)算能力的領(lǐng)域，并構(gòu)建詳盡的應(yīng)用場(chǎng)景庫(kù)，為產(chǎn)業(yè)界提供指導(dǎo)。在技術(shù)轉(zhuǎn)移方面，一是建立機(jī)制，加速學(xué)術(shù)研究成果商業(yè)化；二是構(gòu)建專注于醫(yī)療保健領(lǐng)域的量子計(jì)算初創(chuàng)企業(yè)生態(tài)系統(tǒng)；三是支持學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界之間建立知識(shí)轉(zhuǎn)移合作伙伴關(guān)系。

三

英國(guó)的關(guān)鍵優(yōu)先事項(xiàng)

英國(guó)政府在《國(guó)家量子戰(zhàn)略》（2023年3月）中設(shè)定了雄心勃勃的目標(biāo)，即到2030年在英國(guó)國(guó)家醫(yī)療服務(wù)體系中交付量子賦能的解決方案，并到2035年開(kāi)發(fā)出超越傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)的國(guó)產(chǎn)量子系統(tǒng)。為此，NQCC指出英國(guó)需要戰(zhàn)略協(xié)調(diào)、專注投資和全行業(yè)的共同參與，將技術(shù)潛力轉(zhuǎn)化為實(shí)際影響。面向未來(lái)，NQCC針對(duì)英國(guó)提出五大關(guān)鍵優(yōu)先事項(xiàng)：

一是重點(diǎn)支持關(guān)鍵技術(shù)和算法開(kāi)發(fā)。對(duì)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行直接戰(zhàn)略性投資，特別是開(kāi)發(fā)適用于醫(yī)療應(yīng)用的量子硬件堆棧、可擴(kuò)展量子算法，并創(chuàng)建專用的量子測(cè)試平臺(tái)。

二是提高量子素養(yǎng)。制定并實(shí)施全面的教育和培訓(xùn)計(jì)劃，為醫(yī)療保健專業(yè)人員量身定制量子計(jì)算課程，并為現(xiàn)有勞動(dòng)力提供持續(xù)的專業(yè)發(fā)展計(jì)劃，提高醫(yī)療保健領(lǐng)域的量子素養(yǎng)，包括決策者、普通從業(yè)者和研究人員等。

三是加強(qiáng)合作伙伴關(guān)系。量子計(jì)算的有效部署將依賴于量子企業(yè)、制藥企業(yè)、醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)、研究機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)提供商和政策制定者之間的合作。建立支持知識(shí)轉(zhuǎn)移的伙伴關(guān)系、競(jìng)爭(zhēng)前聯(lián)盟、監(jiān)管沙盒和專門的早期測(cè)試環(huán)境等，對(duì)于彌合尖端研究與可擴(kuò)展、現(xiàn)實(shí)應(yīng)用之間的差距至關(guān)重要。這些合作框架將有助于加速創(chuàng)新，降低風(fēng)險(xiǎn)，并確保量子解決方案與醫(yī)療保健部門的需求保持一致。

四是加速采用。識(shí)別那些處于傳統(tǒng)計(jì)算極限的機(jī)會(huì)，并轉(zhuǎn)而采用量子方法，將是解鎖近期實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景并在醫(yī)療保健領(lǐng)域展示量子優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。雖然實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)量子計(jì)算仍是一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)，但最新證據(jù)表明，量子—經(jīng)典混合方法已在某些領(lǐng)域展示出優(yōu)勢(shì)。建立以最終用戶參與為重點(diǎn)的試點(diǎn)項(xiàng)目和早期采用計(jì)劃，對(duì)于加速?gòu)睦碚摰綄?shí)際部署的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要。

五是確保公平獲取。制定框架和具體舉措，確保量子醫(yī)療保健能夠在醫(yī)療系統(tǒng)和社區(qū)中廣泛普及。從量子醫(yī)療保健創(chuàng)新的初期階段起，就應(yīng)積極吸引傳統(tǒng)上服務(wù)不足和代表性不足的社區(qū)參與，確保新技術(shù)能夠解決不平等問(wèn)題。通過(guò)這種積極的包容性措施，確保量子技術(shù)賦能的醫(yī)療保健為所有人帶來(lái)廣泛且深遠(yuǎn)的影響。

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