科技创新是发展的不竭动力。近日,量子计算成为爆点,量子计算机也呼之欲出,据英国权威杂志报道,量子计算机的强大功能可以解决诸多传统计算机无法破解的困难问题,比如对极大整数进行质因数分解等。在医疗行业中也不例外,有了这样的计算能力和处理速度,再加上新的数据均匀化和搜索策略,即相当于拥有了一个强大的武器,一方面可以用在信息加密中,给与保护作用;另一方面,还可以用在发展中,为健康产业带来飞跃。可以预测,量子医疗人工智能或许正在新技术的发展中,跨跃而来。

量子计算机袭来 达到指数级计算

日常生活中,我们打开手机看一条微信,经常会有迟迟打不开的情况,这是因为手机后台系统用久了会变慢。传统计算机速度上也有类似瓶颈,量子计算机则利用完全不同的原理将其克服。

在量子计算机面前,传统计算机的能力变得很脆弱,像蜗牛在对抗火箭,因为,同样解答一道难题,传统计算机可能需要几十万年(等同于无法破解),而用一台量子计算机,理论上数秒内即可完成计算。在传统计算机里,字节是信息的最小单位。而量子计算机当中,量子状态作为信息的载体。比如,DNA中有四种碱基对,他们自由组合可以产生16种可能的组合。传统计算机只能一次进行一种组合。而量子位的叠加,可以同时产生这16种不同的组合,而且利用量子具有的不可区分、不可克隆的特点,可以实现大信息量的处理和高速的运算。

因此,量子计算机还拥有另一个应用:数据库搜索。传统上,想要寻找满足特定条件的数据,当前计算机采用遍历比对的方式,但利用量子计算机所具有的相干性和不确定性,可以使搜索时间呈指数级别减少,尤其是面对生物数据库的海量空间,效率会大大提高,实用意义非凡。

量子计算机加密 给健康数据加“锁”

在国际上,医疗信息化发展是大势所趋,也是我国医疗改革的重要内容。医疗数据有着极高的敏感性,包括数据的权属问题、数据的隐私问题、数据的合规问题等等,都要求我们在保证数据绝对安全、合规的前提下进行机器学习模型的训练,并由可靠的加密方法来保证。

量子计算机可用于破解我们今天用来保护敏感数据和电子通信安全的加密代码,当然,量子计算机也可用于保护数据免受量子黑客攻击,即量子加密的技术。最重要的是,如果量子加密通信被截获,加密方案将立即显示出中断的迹象,像能看到信件被拆封,表现出该通信的不安全性,因为量子具有纠缠、相干、不可区分、不可克隆效应。需要强调的是,在加密界,加密的原则有二:一是必须能对抗住顶级科技;二是任何加密均存在有效期。

未来的量子医疗人工智能

这种大规模的处理能力和智能量子计算必将改变基于人工智能的应用前景,尤其在如下三个重点方面。

首先是药物的创新研发。目前,新药研发有如下三大痛点——开发成本昂贵、耗时漫长、成功率“万死一生”,致使药物创新发展速度渐缓,但量子医疗人工智能的应用,能够预测组合化学的结果,模拟不同功能团排列组合后形成的各类繁多的独特前体人物,并能快速筛查最有前景的组合,使在传统研发中需要大量人力物力进行的重复性工作,有了被机器替代的可能性,从而缩短了研发时间,降低了研发成本,能够尽快使患者获益。

其次是医疗大数据。大数据下的精准医疗与微生物组学的发展产生了海量的数据运算任务,已经超出了基于冯·诺依曼架构的传统计算机能力范围,量子计算机独特的架构可以将这些任务并行拆分,成为解决一些高度复杂医疗问题的基础,辅助人工智能系统来更快、更深地处理数据,为医生提供更具个性化和更有效的诊疗建议。

第三是医疗保健。量子计算机这种大规模的处理能力也将改变基于人工智能的医疗保健应用的前景,使之产生长远价值。当然,这与快速的量子基因组测序、合成世界 DNA 数据模式等密不可分。从理论上讲,量子计算机可以使全基因组测序所需要的时间缩短到分钟级,为疾病诊断过程中有效的利用遗传信息提供了保障,并且打破了现今“千人一药”的粗放医学模式,实现实用的“精准医学”。

本文作者:

薛恒钢博士,人工智能及大数据实验室资深研究员 , 医渡云

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编辑:王思雨