La revolución ha empezado ya. Una tecnología capaz de saltarse todas las reglas de la informática clásica para analizar, de un solo vistazo, millones de probabilidades genéticas simultáneas. La acaba de presentar un equipo de investigadores del Instituto Wellcome Sanger, en estrecha colaboración con las Universidades de Oxford, Cambridge y Melbourne, así como con la Kyiv Academic University. Juntos, han logrado, por primera vez en la historia, cargar con éxito el genoma completo de un organismo en un ordenador cuántico .«En la década de 1970, al secuenciar el primer genoma completo de ADN -dice Shihan Sajeed, director del programa Q4Bio en Wellcome Leap- Fred Sanger y su equipo marcaron un momento ‘hola, mundo’ para la genómica clásica. Casi cincuenta años después, el equipo de Oxford y Sanger está sentando las bases de un nuevo momento similar al codificar y cargar un genoma completo en un ordenador, solo que esta vez, es uno cuántico». Wellcome Leap es una organización norteamericana sin ánimo de lucro, fundada en 2020 y que financia investigaciones de alto riesgo para mejorar la salud humana.El problema de los ‘pangenomas’Pero, ¿por qué recurrir a máquinas cuánticas para leer el ADN? La clave está en lo que los biólogos llaman el ‘ pangenoma ‘. Hasta hace relativamente poco, los genetistas utilizaban genomas de referencia que no eran más que secuencias lineales de individuos concretos, una simple línea de ‘texto genético’. Lo cual es del todo insuficiente si de lo que se trata es de comprender la gigantesca diversidad genética de, por ejemplo, una población entera. Un pangenoma, por el contrario, atrapa en una sola estructura toda la variación genética, las ramificaciones y las mutaciones de múltiples individuos de una misma especie.Frente a los bits clásicos, los cúbits permiten explorar millones de caminos genéticos de forma simultánea, como si atravesáramos un laberinto por todas las rutas posibles a la vezDicha estructura, por tanto, ya no es una autopista recta, sino un enjambre indescifrable de caminos paralelos y secuencias alternativas que se cruzan por todas partes. Y a medida que se intentan incorporar más y más genomas a un pangenoma, la carga computacional crece de forma exponencial, colapsando incluso los algoritmos de Inteligencia Artificial más potentes y refinados.«Nuestra meta -afirma Sergii Strelchuk, investigador principal del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Oxford- siempre ha sido ampliar los límites de lo posible en genómica. Cuando trabajamos con pangenomas, la información se presenta en forma de un laberinto enmarañado, pero estamos construyendo algoritmos cuánticos para ayudar a encontrar el mejor camino a través de este laberinto cuando las herramientas habituales, como los ordenadores clásicos, se quedan irremediablemente atascadas». El trabajo, que se publicará próximamente en una revista especializada, puede consultarse ya en el servidor de prepublicaciones ArXiv . La ‘magia’ de los cúbitsA diferencia de los ordenadores clásicos, que procesan la información en rígidos bits binarios (ceros y unos), las máquinas cuánticas utilizan cúbits, o bits cuánticos . Un bit tradicional es como una moneda sobre la mesa: o muestra su cara (1) o muestra su cruz (0). En cambio, un cúbit es como si esa misma moneda estuviera girando rápidamente. Mientras baila sobre su eje, es cara y cruz al mismo tiempo. A este exótico fenómeno físico se le denomina estado de ‘superposición’.Gracias a esa asombrosa propiedad, un ordenador cuántico no necesita comprobar las respuestas correctas de una en una, sino que puede explorar millones de soluciones posibles de forma simultánea. Al evolucionar dentro de la máquina, esos estados interfieren los unos con los otros exactamente igual que las ondas concéntricas que se cruzan cuando tiramos dos piedras en la superficie de un estanque. Esa interferencia amplifica matemáticamente las respuestas correctas y destruye las erróneas.Esta base teórica es la que impulsó la creación del desafío Quantum for Bio (Q4Bio), una iniciativa internacional dotada con 50 millones de dólares y financiada por Wellcome Leap. Tal y como detallan los investigadores en su artículo, doce equipos se enfrentaron inicialmente a una especie de implacables ‘Juegos del Hambre’ de la ciencia, donde sólo los mejores proyectos iban pasando de ronda al demostrar que la supremacía cuántica biomédica era posible.Hepatitis D, una elección obligadaEl equipo de Genómica Cuántica de Strelchuk, uno de los seis finalistas, tenía un plan inicial claro: poner a prueba sus nuevos algoritmos usando el ADN del bacteriófago ΦX174, el primer organismo de la historia del que se secuenció su genoma. Algo que consiguió en 1977 el propio Fred Sanger y que, por cierto, le valió ganar su segundo Premio Nobel. Pero la tecnología cuántica, aún en pañales, impidió hacer ese ‘guiño’ a la historia y obligó a Sanger y a sus colegas a ser más realistas. Aquel virus, con sus 5.386 bases, habría requerido de un ordenador cuántico con al menos 387 cúbits de capacidad. Y el portento electrónico que iban a utilizar, el avanzado procesador IBM Heron de última generación, cuenta tan solo con 156. En otras palabras, no había espacio suficiente para procesar el ΦX174. Este avance busca identificar mutaciones esquivas que hoy pasan inadvertidas incluso para la inteligencia artificial más avanzadaDe modo que que los investigadores cambiaron de objetivo y apuntaron a un patógeno más escueto, aunque clínicamente terrible: el virus de la hepatitis D, causante de gravísimas infecciones hepáticas de transmisión sanguínea. Al poseer ‘sólo’ 1.700 bases de ARN, ostenta el nada desdeñable título de ser el virus humano con el genoma conocido más pequeño.Así, y apoyándose en los visionarios métodos de codificación teorizados hace más de 25 años por el profesor Lloyd Hollenberg, de la Universidad de Melbourne, el equipo se lanzó a lo que parecía imposible. Y lo lograron: comprimieron las secuencias genéticas y ‘tradujeron’ el virus de la hepatitis D para encajarlo a la perfección en tan solo 117 de los 156 cúbits del procesador cuántico de IBM.En palabras de James McCafferty, director de información del Instituto Wellcome Sanger, «al cargar con éxito el genoma de la hepatitis D en un ordenador cuántico, hemos preparado el escenario para futuras investigaciones, ya que hemos demostrado que los datos reales pueden traducirse a una forma que estas máquinas de alta potencia pueden procesar».Un futuro en la nubeA pesar del innegable éxito, no faltan las voces que llaman a la prudencia. De hecho, los actuales ordenadores cuánticos todavía son máquinas propensas al ‘ruido’ y al error. Además del hecho de que cargar los datos en un ordenador cuántico a menudo resulta tan difícil como hacer el propio cálculo, lo que podría ‘dilapidar’ su innegable ventaja computacional sobre los ordenadores convencionales. A pesar de lo cual el equipo británico sigue adelante. El siguiente paso, igualmente ambicioso, será consolidar una herramienta de acceso público en la nube: una interfaz amigable donde laboratorios de todo el mundo puedan volcar la información genética de sus pacientes y elegir libremente si resuelven su desafío analítico de forma clásica, cuántica o mixta.MÁS INFORMACIÓN noticia Si Adiós a la ‘niebla’ que nos impedía ver los confines del Universo noticia Si Los astronautas de Artemis II revelan los secretos de la misión: «Una alarma se activó a 130.000 km de la Tierra»Resulta más que evidente que, hoy por hoy, el enorme genoma humano, con sus más de 3.100 millones de pares de bases de ADN, está aún muy lejos de poder ser ‘cargado’ en un ordenador cuántico. Pero este primer paso nos acerca, sin duda, al momento en que seremos capaces de encontrar y combatir enfermedades de una forma totalmente nueva. El genoma, esa maraña de datos que encierra el misterio de lo que somos, acaba de encontrar, por fin, a un ordenador capaz de jugar bajo sus mismas y aún inabarcables reglas. La revolución ha empezado ya. Una tecnología capaz de saltarse todas las reglas de la informática clásica para analizar, de un solo vistazo, millones de probabilidades genéticas simultáneas. La acaba de presentar un equipo de investigadores del Instituto Wellcome Sanger, en estrecha colaboración con las Universidades de Oxford, Cambridge y Melbourne, así como con la Kyiv Academic University. Juntos, han logrado, por primera vez en la historia, cargar con éxito el genoma completo de un organismo en un ordenador cuántico .«En la década de 1970, al secuenciar el primer genoma completo de ADN -dice Shihan Sajeed, director del programa Q4Bio en Wellcome Leap- Fred Sanger y su equipo marcaron un momento ‘hola, mundo’ para la genómica clásica. Casi cincuenta años después, el equipo de Oxford y Sanger está sentando las bases de un nuevo momento similar al codificar y cargar un genoma completo en un ordenador, solo que esta vez, es uno cuántico». Wellcome Leap es una organización norteamericana sin ánimo de lucro, fundada en 2020 y que financia investigaciones de alto riesgo para mejorar la salud humana.El problema de los ‘pangenomas’Pero, ¿por qué recurrir a máquinas cuánticas para leer el ADN? La clave está en lo que los biólogos llaman el ‘ pangenoma ‘. Hasta hace relativamente poco, los genetistas utilizaban genomas de referencia que no eran más que secuencias lineales de individuos concretos, una simple línea de ‘texto genético’. Lo cual es del todo insuficiente si de lo que se trata es de comprender la gigantesca diversidad genética de, por ejemplo, una población entera. Un pangenoma, por el contrario, atrapa en una sola estructura toda la variación genética, las ramificaciones y las mutaciones de múltiples individuos de una misma especie.Frente a los bits clásicos, los cúbits permiten explorar millones de caminos genéticos de forma simultánea, como si atravesáramos un laberinto por todas las rutas posibles a la vezDicha estructura, por tanto, ya no es una autopista recta, sino un enjambre indescifrable de caminos paralelos y secuencias alternativas que se cruzan por todas partes. Y a medida que se intentan incorporar más y más genomas a un pangenoma, la carga computacional crece de forma exponencial, colapsando incluso los algoritmos de Inteligencia Artificial más potentes y refinados.«Nuestra meta -afirma Sergii Strelchuk, investigador principal del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Oxford- siempre ha sido ampliar los límites de lo posible en genómica. Cuando trabajamos con pangenomas, la información se presenta en forma de un laberinto enmarañado, pero estamos construyendo algoritmos cuánticos para ayudar a encontrar el mejor camino a través de este laberinto cuando las herramientas habituales, como los ordenadores clásicos, se quedan irremediablemente atascadas». El trabajo, que se publicará próximamente en una revista especializada, puede consultarse ya en el servidor de prepublicaciones ArXiv . La ‘magia’ de los cúbitsA diferencia de los ordenadores clásicos, que procesan la información en rígidos bits binarios (ceros y unos), las máquinas cuánticas utilizan cúbits, o bits cuánticos . Un bit tradicional es como una moneda sobre la mesa: o muestra su cara (1) o muestra su cruz (0). En cambio, un cúbit es como si esa misma moneda estuviera girando rápidamente. Mientras baila sobre su eje, es cara y cruz al mismo tiempo. A este exótico fenómeno físico se le denomina estado de ‘superposición’.Gracias a esa asombrosa propiedad, un ordenador cuántico no necesita comprobar las respuestas correctas de una en una, sino que puede explorar millones de soluciones posibles de forma simultánea. Al evolucionar dentro de la máquina, esos estados interfieren los unos con los otros exactamente igual que las ondas concéntricas que se cruzan cuando tiramos dos piedras en la superficie de un estanque. Esa interferencia amplifica matemáticamente las respuestas correctas y destruye las erróneas.Esta base teórica es la que impulsó la creación del desafío Quantum for Bio (Q4Bio), una iniciativa internacional dotada con 50 millones de dólares y financiada por Wellcome Leap. Tal y como detallan los investigadores en su artículo, doce equipos se enfrentaron inicialmente a una especie de implacables ‘Juegos del Hambre’ de la ciencia, donde sólo los mejores proyectos iban pasando de ronda al demostrar que la supremacía cuántica biomédica era posible.Hepatitis D, una elección obligadaEl equipo de Genómica Cuántica de Strelchuk, uno de los seis finalistas, tenía un plan inicial claro: poner a prueba sus nuevos algoritmos usando el ADN del bacteriófago ΦX174, el primer organismo de la historia del que se secuenció su genoma. Algo que consiguió en 1977 el propio Fred Sanger y que, por cierto, le valió ganar su segundo Premio Nobel. Pero la tecnología cuántica, aún en pañales, impidió hacer ese ‘guiño’ a la historia y obligó a Sanger y a sus colegas a ser más realistas. Aquel virus, con sus 5.386 bases, habría requerido de un ordenador cuántico con al menos 387 cúbits de capacidad. Y el portento electrónico que iban a utilizar, el avanzado procesador IBM Heron de última generación, cuenta tan solo con 156. En otras palabras, no había espacio suficiente para procesar el ΦX174. Este avance busca identificar mutaciones esquivas que hoy pasan inadvertidas incluso para la inteligencia artificial más avanzadaDe modo que que los investigadores cambiaron de objetivo y apuntaron a un patógeno más escueto, aunque clínicamente terrible: el virus de la hepatitis D, causante de gravísimas infecciones hepáticas de transmisión sanguínea. Al poseer ‘sólo’ 1.700 bases de ARN, ostenta el nada desdeñable título de ser el virus humano con el genoma conocido más pequeño.Así, y apoyándose en los visionarios métodos de codificación teorizados hace más de 25 años por el profesor Lloyd Hollenberg, de la Universidad de Melbourne, el equipo se lanzó a lo que parecía imposible. Y lo lograron: comprimieron las secuencias genéticas y ‘tradujeron’ el virus de la hepatitis D para encajarlo a la perfección en tan solo 117 de los 156 cúbits del procesador cuántico de IBM.En palabras de James McCafferty, director de información del Instituto Wellcome Sanger, «al cargar con éxito el genoma de la hepatitis D en un ordenador cuántico, hemos preparado el escenario para futuras investigaciones, ya que hemos demostrado que los datos reales pueden traducirse a una forma que estas máquinas de alta potencia pueden procesar».Un futuro en la nubeA pesar del innegable éxito, no faltan las voces que llaman a la prudencia. De hecho, los actuales ordenadores cuánticos todavía son máquinas propensas al ‘ruido’ y al error. Además del hecho de que cargar los datos en un ordenador cuántico a menudo resulta tan difícil como hacer el propio cálculo, lo que podría ‘dilapidar’ su innegable ventaja computacional sobre los ordenadores convencionales. A pesar de lo cual el equipo británico sigue adelante. El siguiente paso, igualmente ambicioso, será consolidar una herramienta de acceso público en la nube: una interfaz amigable donde laboratorios de todo el mundo puedan volcar la información genética de sus pacientes y elegir libremente si resuelven su desafío analítico de forma clásica, cuántica o mixta.MÁS INFORMACIÓN noticia Si Adiós a la ‘niebla’ que nos impedía ver los confines del Universo noticia Si Los astronautas de Artemis II revelan los secretos de la misión: «Una alarma se activó a 130.000 km de la Tierra»Resulta más que evidente que, hoy por hoy, el enorme genoma humano, con sus más de 3.100 millones de pares de bases de ADN, está aún muy lejos de poder ser ‘cargado’ en un ordenador cuántico. Pero este primer paso nos acerca, sin duda, al momento en que seremos capaces de encontrar y combatir enfermedades de una forma totalmente nueva. El genoma, esa maraña de datos que encierra el misterio de lo que somos, acaba de encontrar, por fin, a un ordenador capaz de jugar bajo sus mismas y aún inabarcables reglas.
La revolución ha empezado ya. Una tecnología capaz de saltarse todas las reglas de la informática clásica para analizar, de un solo vistazo, millones de probabilidades genéticas simultáneas. La acaba de presentar un equipo de investigadores del Instituto Wellcome Sanger, en estrecha colaboración con las … Universidades de Oxford, Cambridge y Melbourne, así como con la Kyiv Academic University. Juntos, han logrado, por primera vez en la historia, cargar con éxito el genoma completo de un organismo en un ordenador cuántico.
«En la década de 1970, al secuenciar el primer genoma completo de ADN -dice Shihan Sajeed, director del programa Q4Bio en Wellcome Leap- Fred Sanger y su equipo marcaron un momento ‘hola, mundo’ para la genómica clásica. Casi cincuenta años después, el equipo de Oxford y Sanger está sentando las bases de un nuevo momento similar al codificar y cargar un genoma completo en un ordenador, solo que esta vez, es uno cuántico». Wellcome Leap es una organización norteamericana sin ánimo de lucro, fundada en 2020 y que financia investigaciones de alto riesgo para mejorar la salud humana.
El problema de los ‘pangenomas’
Pero, ¿por qué recurrir a máquinas cuánticas para leer el ADN? La clave está en lo que los biólogos llaman el ‘pangenoma‘. Hasta hace relativamente poco, los genetistas utilizaban genomas de referencia que no eran más que secuencias lineales de individuos concretos, una simple línea de ‘texto genético’. Lo cual es del todo insuficiente si de lo que se trata es de comprender la gigantesca diversidad genética de, por ejemplo, una población entera. Un pangenoma, por el contrario, atrapa en una sola estructura toda la variación genética, las ramificaciones y las mutaciones de múltiples individuos de una misma especie.
Frente a los bits clásicos, los cúbits permiten explorar millones de caminos genéticos de forma simultánea, como si atravesáramos un laberinto por todas las rutas posibles a la vez
Dicha estructura, por tanto, ya no es una autopista recta, sino un enjambre indescifrable de caminos paralelos y secuencias alternativas que se cruzan por todas partes. Y a medida que se intentan incorporar más y más genomas a un pangenoma, la carga computacional crece de forma exponencial, colapsando incluso los algoritmos de Inteligencia Artificial más potentes y refinados.
«Nuestra meta -afirma Sergii Strelchuk, investigador principal del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Oxford- siempre ha sido ampliar los límites de lo posible en genómica. Cuando trabajamos con pangenomas, la información se presenta en forma de un laberinto enmarañado, pero estamos construyendo algoritmos cuánticos para ayudar a encontrar el mejor camino a través de este laberinto cuando las herramientas habituales, como los ordenadores clásicos, se quedan irremediablemente atascadas». El trabajo, que se publicará próximamente en una revista especializada, puede consultarse ya en el servidor de prepublicaciones ArXiv.
La ‘magia’ de los cúbits
A diferencia de los ordenadores clásicos, que procesan la información en rígidos bits binarios (ceros y unos), las máquinas cuánticas utilizan cúbits, o bits cuánticos. Un bit tradicional es como una moneda sobre la mesa: o muestra su cara (1) o muestra su cruz (0). En cambio, un cúbit es como si esa misma moneda estuviera girando rápidamente. Mientras baila sobre su eje, es cara y cruz al mismo tiempo. A este exótico fenómeno físico se le denomina estado de ‘superposición’.
Gracias a esa asombrosa propiedad, un ordenador cuántico no necesita comprobar las respuestas correctas de una en una, sino que puede explorar millones de soluciones posibles de forma simultánea. Al evolucionar dentro de la máquina, esos estados interfieren los unos con los otros exactamente igual que las ondas concéntricas que se cruzan cuando tiramos dos piedras en la superficie de un estanque. Esa interferencia amplifica matemáticamente las respuestas correctas y destruye las erróneas.
Esta base teórica es la que impulsó la creación del desafío Quantum for Bio (Q4Bio), una iniciativa internacional dotada con 50 millones de dólares y financiada por Wellcome Leap. Tal y como detallan los investigadores en su artículo, doce equipos se enfrentaron inicialmente a una especie de implacables ‘Juegos del Hambre’ de la ciencia, donde sólo los mejores proyectos iban pasando de ronda al demostrar que la supremacía cuántica biomédica era posible.
Hepatitis D, una elección obligada
El equipo de Genómica Cuántica de Strelchuk, uno de los seis finalistas, tenía un plan inicial claro: poner a prueba sus nuevos algoritmos usando el ADN del bacteriófago ΦX174, el primer organismo de la historia del que se secuenció su genoma. Algo que consiguió en 1977 el propio Fred Sanger y que, por cierto, le valió ganar su segundo Premio Nobel.
Pero la tecnología cuántica, aún en pañales, impidió hacer ese ‘guiño’ a la historia y obligó a Sanger y a sus colegas a ser más realistas. Aquel virus, con sus 5.386 bases, habría requerido de un ordenador cuántico con al menos 387 cúbits de capacidad. Y el portento electrónico que iban a utilizar, el avanzado procesador IBM Heron de última generación, cuenta tan solo con 156. En otras palabras, no había espacio suficiente para procesar el ΦX174.
Este avance busca identificar mutaciones esquivas que hoy pasan inadvertidas incluso para la inteligencia artificial más avanzada
De modo que que los investigadores cambiaron de objetivo y apuntaron a un patógeno más escueto, aunque clínicamente terrible: el virus de la hepatitis D, causante de gravísimas infecciones hepáticas de transmisión sanguínea. Al poseer ‘sólo’ 1.700 bases de ARN, ostenta el nada desdeñable título de ser el virus humano con el genoma conocido más pequeño.
Así, y apoyándose en los visionarios métodos de codificación teorizados hace más de 25 años por el profesor Lloyd Hollenberg, de la Universidad de Melbourne, el equipo se lanzó a lo que parecía imposible. Y lo lograron: comprimieron las secuencias genéticas y ‘tradujeron’ el virus de la hepatitis D para encajarlo a la perfección en tan solo 117 de los 156 cúbits del procesador cuántico de IBM.
En palabras de James McCafferty, director de información del Instituto Wellcome Sanger, «al cargar con éxito el genoma de la hepatitis D en un ordenador cuántico, hemos preparado el escenario para futuras investigaciones, ya que hemos demostrado que los datos reales pueden traducirse a una forma que estas máquinas de alta potencia pueden procesar».
Un futuro en la nube
A pesar del innegable éxito, no faltan las voces que llaman a la prudencia. De hecho, los actuales ordenadores cuánticos todavía son máquinas propensas al ‘ruido’ y al error. Además del hecho de que cargar los datos en un ordenador cuántico a menudo resulta tan difícil como hacer el propio cálculo, lo que podría ‘dilapidar’ su innegable ventaja computacional sobre los ordenadores convencionales.
A pesar de lo cual el equipo británico sigue adelante. El siguiente paso, igualmente ambicioso, será consolidar una herramienta de acceso público en la nube: una interfaz amigable donde laboratorios de todo el mundo puedan volcar la información genética de sus pacientes y elegir libremente si resuelven su desafío analítico de forma clásica, cuántica o mixta.
Resulta más que evidente que, hoy por hoy, el enorme genoma humano, con sus más de 3.100 millones de pares de bases de ADN, está aún muy lejos de poder ser ‘cargado’ en un ordenador cuántico. Pero este primer paso nos acerca, sin duda, al momento en que seremos capaces de encontrar y combatir enfermedades de una forma totalmente nueva. El genoma, esa maraña de datos que encierra el misterio de lo que somos, acaba de encontrar, por fin, a un ordenador capaz de jugar bajo sus mismas y aún inabarcables reglas.
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