Kopenhagen – 12. November 2026 – Die Wechselwirkungen zwischen Molekülen vorhersagen zu können, ist für die Wirkstoffforschung von zentraler Bedeutung. Denn man erhält auf diese Weise wichtige Informationen darüber, wie ein neues Medikament im menschlichen Körper wirken könnte, welche Nebenwirkungen es möglicherweise hervorruft und vieles mehr. Die computergestützte Modellierung dieser Wechselwirkungen bietet die Möglichkeit, den Aufwand für langwierige und kostspielige Laborarbeiten zu verringern. Dennoch liegen einige Wechselwirkungen nach wie vor außerhalb der Fähigkeiten klassischer Computer.
Dem dänischen Quanten-Softwareunternehmen Kvantify ist nun ein bedeutender Schritt zur Bewältigung dieser Herausforderung gelungen. Mithilfe eines neuartigen Rechenmodells, das auf dem Quantinuum-Quantencomputer „System Model H2“ getestet wurde, konnte eine für die biomolekulare Stabilität relevante Wechselwirkung präzise erfasst werden.
Im Mittelpunkt der Untersuchung standen Dispersionswechselwirkungen. Diese Wechselwirkungen sind für sich genommen geringfügig, tragen jedoch in ihrer Gesamtheit entscheidend dazu bei, biologische Strukturen wie beispielsweise DNA und Proteine zu stabilisieren. Zudem beeinflussen sie, wie Moleküle sich aneinanderbinden. Die genaue Beschreibung der Wechselwirkungen ist schwierig, weil hierfür das Verhalten von Elektronen vorhergesagt werden muss. Nicht zuletzt erfordert die Modellierung dieses Verhaltens enorme Rechenressourcen.
Kvantify untersuchte anhand eines Molekülpaars, das aus einer DNA-Struktur abgeleitet wurde, wie sich die Wechselwirkung verändert, wenn sich die Moleküle voneinander entfernen. Das Team wendete dafür den Quantenalgorithmus BEAST-VQE an, kombiniert mit einer exakten Quantenschaltkreissimulation durch die optimierte Integration von Qrunch mit NVIDIA cuTensorNet, und verglich die Ergebnisse mit der etablierten quantenchemischen Methode CCSD(T).
Die drei wichtigsten Erkenntnisse:
Effizientere Berechnungen. Kvantify erzielte Ergebnisse, die in ihrer Genauigkeit der CCSD(T)-Methode entsprechen. Gleichzeitig konnte jedoch die Anzahl der benötigten aktiven Orbitale von 236 auf nur 53 reduziert werden, wodurch sich der Rechenaufwand verringert.Übereinstimmung von Simulation und Hardware. Das Team führte auf dem Quantinuum-Quantencomputer „System Model H2“ Berechnungen zu zwei repräsentativen Molekülgeometrien durch und erzielte dabei Ergebnisse, die nahezu identisch mit denen idealer Simulationen waren. Dies untermauert, dass die Untersuchung dieser subtilen Wechselwirkung auf aktueller Quantenhardware machbar ist.Ein Schritt in Richtung praktischer Relevanz für die Wirkstoffforschung. Das Problem der Molekülstapelung hilft dabei, neuartige Berechnungsmethoden zu testen, die in realen Arbeitsabläufen der Quantenchemie im Zusammenhang mit Molekülerkennung und -bindung künftig eine Rolle spielen werden.Das Ergebnis ist ein molekularer Benchmark, der zeigt, wie man die Genauigkeit computergestützter Vorhersagen überprüfen kann, anstatt den Quantenvorteil nur zu behaupten. Dafür wendet die Untersuchung ein vereinfachtes Modell an, bei dem die Hardware-Berechnungen nur zwei Geometrien abdecken anstelle der gesamten Wechselwirkungskurve.
Dennoch ist es von Bedeutung: Es zeigt, wie wertvoll die Kombination von quanten- und klassischen Methoden bei der Untersuchung molekularer Wechselwirkungen ist – selbst mit den heute verfügbaren Quantencomputern. Die Arbeit beleuchtet zudem die nächste Herausforderung in der Entwicklung: klassische Rechenengpässe zu reduzieren, sobald hochwertigere Quantenhardware zur Verfügung steht.
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Über Kvantify
Kvantify ( https://www.kvantify.com) ist ein dänisches Unternehmen mit Sitz in Kopenhagen, das 2022 gegründet wurde und Softwareprodukte für Quanten- und klassische Computer entwickelt. Kvantify konzentriert sich auf die Life-Science-Branche, insbesondere auf die frühe Arzneimittelforschung. Mit seiner Technologie trägt das Unternehmen zur digitalen Souveränität Europas im Bereich Quantencomputing bei. Das Unternehmen beschäftigt 49 Mitarbeiter.
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