Johdanto
Kvanttifysiikka kohtaa lääketieteen laajalla kirjolla, joka ulottuu laajasti käytetyistä kliinisistä teknologioista nouseviin laskennallisiin ja aistiviin paradigmoihin sekä erillisiin, spekulatiivisempiin ehdotuksiin mielestä ja tietoisuudesta. Soveltava rajapinta on nähtävissä diagnostiikka- ja kuvantamisteknologioissa, joissa terveydenhuollon tulevaisuuden kartoitus tunnisti 116 ”kvanttiteknologiaa”; magnetoenkefalografiaa (MEG), kvanttipisteitä ja SQUID-pohjaisia laitteita käytetään usein aivokartoitukseen, kuvantamiseen ja kardiologiseen diagnostiikkaan, ja diagnostiikan osuus tunnistetuista käyttötarkoituksista kyseisessä kartoituksessa oli 54%[1]. Sama kartoitus raportoi, että kvanttilaskenta (28%) ja kvanttipisteet (24%) olivat yleisimmät sovellusluokat ja että 27% näistä teknologioista hyödyntää AI-teknologiaa, erityisesti yksilöllisessä lääketieteessä ja kuvantamisdiagnostiikassa[1].
Toinen leikkauspiste on mekanistinen: useissa katsauksissa esitetään, että ”elämälle välttämättömät prosessit” (esim. elektronitunnelointi hengityskomplekseissa, protonikytkeytynyt siirto metabolisissa entsyymeissä, koherenssi fotosynteesissä ja spin-dynamiikka radikaalisignaloinnissa) ovat ”luonnostaan kvanttimekaanisia” ja siten mahdollisesti linkittävät elektronitason fysiikan kliinisiin fenotyyppeihin[2]. Kolmas linja on käsitteellinen ja teoreettinen, jossa jotkut kirjoittajat sitovat tietoisuuden ja tarkan havainnon eksplisiittisesti kvanttimittauksen ongelmaan ja kvanttitilan reduktioon ehdotettuna mekanismina päätöksenteolle ja havaitsemiselle[3].
Perustavanlaatuiset yhteiset tekijät
Kvanttifysiikan ja lääketieteen yhteinen perusta on se, että kliinisesti arvokkaat signaalit ja interventiot saavat usein alkunsa molekyyli-, atomi- tai subatomitasolla, vaikka kliiniset ilmiöt ovat makroskooppisia. Useat katsaukset yhdistävät eksplisiittisesti ”nanomittakaavan partikkelit” ja ”subatomiset” kvanttiperiaatteet lääketieteellisiin laitteisiin ja biolääketieteellisiin hypoteeseihin[4, 5]. Useat terveydenhuoltoon suuntautuneet katsaukset korostavat, että kvanttilaskenta eroaa klassisesta laskennasta käyttämällä kubitteja ja kvantti-ilmiöitä (superpositio ja kietoutuminen) tiedon esittämiseen tavoilla, jotka poikkeavat perustavanlaatuisesti klassisista biteistä, ja ne pitävät tätä mahdollistavana perustana myöhemmille biolääketieteellisille sovelluksille, kuten molekyylisimulaatiolle ja diagnostiikalle[6].
Mittaus ja koherenssi ovat myös läpileikkaavia teemoja, koska sekä diagnostiikka että kvanttilaitteet vaativat huolellista hallintaa siitä, miten havainnointi vaikuttaa signaaleihin. Eräs katsaus toteaa, että kvanttijärjestelmän mittaaminen ”väistämättä häiritsee sitä”, ja käyttää tätä perusteena kvanttiavainten jakelulle tietoturvaprimitiivinä, joka voi havaita salakuuntelun mittauksen aiheuttamien havaittavien poikkeamien kautta[7]. Anturoinnissa ja diagnostiikassa toinen katsaus määrittelee koherenssiajan suoraksi herkkyyden määrittäjäksi ja korostaa, että timantin NV-keskukset voivat säilyttää koherenssin huoneenlämmössä, mikä mahdollistaa hermostollisiin tai biomolekyylisiin signaaleihin liittyvien heikkojen magneettikenttien havaitsemisen[8].
Lopuksi monet kirjoittajat käsittelevät dekoherenssia ja ”lämmintä, märkää ja meluisaa” biologista ympäristöä keskeisenä siltana, joka on ratkaistava kvanttimallien yhdistämiseksi eläviin järjestelmiin. Samalla he argumentoivat, että näyttö kvanttiselityksistä biologisissa toiminnoissa on motivoitunut kvanttibiologian syntyyn erillisenä tutkimusalana[4].
Soveltavat ja teknologiset leikkauspisteet
Vahvin ja välittömin yhteinen maaperä kvanttifysiikan ja lääketieteen välillä on teknologioissa, jotka joko suoraan hyödyntävät kvantti-ilmiöitä (esim. spin-fysiikka MRI-kuvantamisessa, fotonitilastot kvanttikuvantamisessa) tai käyttävät kvanttilaskentaa/-anturointia terveydenhuollon työnkulkujen parantamiseen. Kirjallisuus viittaa myös siihen, että nämä teknologiat keskittyvät diagnostiseen tukeen, yksilöllistämiseen ja laskennalliseen kiihdyttämiseen, mikä on linjassa sellaisten tulevaisuuden kartoitusten tulosten kanssa, jotka osoittavat diagnostiikan dominoivan tunnistettuja kvanttiterveydenhuollon teknologioita ja kvanttilaskennan sekä kvanttipisteiden olevan erityisen yleisiä sovellustyyppejä[1].
Lääketieteellinen kuvantaminen
Lääketieteellistä kuvantamista kuvataan kliinisen diagnostiikan ja hoidon suunnittelun kulmakiveksi, ja useat katsaukset kuvaavat eksplisiittisesti, kuinka kvantti-ilmiöitä valjastetaan parantamaan kuvantamisen nopeutta, resoluutiota ja signaalin laatua[9]. Eräs kuvantamiseen keskittyvä katsaus toteaa, että ”spin-pohjaiset kvanttiperiaatteet ovat MRI-laitteen toiminnan perusta”, ja esittää edelleen, että edistysaskeleet kvanttiohjauksessa voivat tarkentaa selkeyttä ja lyhentää skannausaikaa linkittämällä kuvantamisen suorituskyvyn relaksaatiomekanismeihin sekä signaali-kohinasuhteen parannuksiin, jotka voivat lyhentää skannausaikaa samalla kun resoluutio paranee[9]. Sama katsauskokonaisuus kuvaa PET-kuvantamista kvanttioptiikan eturintamana raportoiden kokeellisista pyrkimyksistä käyttää kietoutuneita fotonipareja ja fotonimäärän tunnistavia ilmaisimia sub-millimetrin resoluution saavuttamiseksi PET-kuvantamisessa[9].
Kvanttikuvantamisen laajemmin kuvataan hyödyntävän kietoutumista ja fotonien korrelaatioita korkeamman resoluution, kontrastin ja signaali-kohinasuhteen saavuttamiseksi kuin klassinen optiikka, ja laajentavan kuvantamisen anatomisista rakenteista metabolisiin prosesseihin ja molekyylitason vuorovaikutuksiin reaaliajassa[8]. Tämä kehys on suoraan kytketty kliinisiin tavoitteisiin, kuten altistuksen minimointiin tarkkuuden säilyttäen sekä näkyvälle valolle läpinäkyvien pehmytkudosten tai biomolekyylien visualisointiin, mukaan lukien kvantti-superresoluutiomenetelmät, jotka käyttävät monifotoni-interferenssiä ja kietoutuneita valotiloja[8].
Kvanttianturointi
Kvanttianturit nähdään polkuna tehostettuun biolääketieteelliseen mittaamiseen, koska ne voivat tarjota suuremman herkkyyden ja korkeamman spatiaalisen erottelukyvyn ”soveltamalla kvanttiominaisuuksia suorituskyvyn parantamiseksi”, mikä puolestaan heijastuu lääketieteellisiin tavoitteisiin, kuten aivojen ja sydämen magneettisignaalien tarkempaan paikallistamiseen[10]. Puettavuutta ja kliinistä käytännöllisyyttä korostetaan toistuvasti, mukaan lukien ehdotukset kevyistä kypäristä tai vöistä, joissa on pienten antureiden sarjoja (esim. perustuen neutraaleihin atomeihin tai timantin defekteihin), sekä väite, että jatkokehitys voisi mahdollistaa toiminnan ympäristön olosuhteissa ilman kryogeniikkaa tai suojattuja huoneita[10]. Lyhyen ja pitkän aikavälin translaatiokertomus on myös selkeä: yksi katsaus ennakoi lähiajan sovelluksia tutkimuksen biokuvantamisessa, spektroskopiassa ja mikroskopiassa molekyylianalyysia varten, ja pidemmän aikavälin sovelluksia lääketieteellisessä kuvantamisessa/diagnostiikassa sekä lääkkeiden tehokkuuden analysoinnissa[10].
NV-keskus-anturointia korostetaan toistuvasti esimerkkinä kliinisesti merkittävästä kvanttianturoinnista, koska NV-keskukset voivat säilyttää koherenssin huoneenlämmössä ja niitä voidaan käyttää kvanttibiosensoreina heikoille magneettikentille, jotka kirjallisuus linkittää hermostollisiin magneettisignaaleihin ja jopa biomolekyylitason havaitsemiseen[8]. Tämä sama kehys yhdistetään onkologian ja neurotieteen käyttötapauksiin, mukaan lukien väite, että NV-magnetometrejä on käytetty aivojen kaltaisen magneettisen aktiivisuuden kartoittamiseen laboratoriomalleissa ja että NV-keskukset voivat tunnistaa poikkeavia metabolisia malleja tai kasvainsoluihin liittyviä magneettisia poikkeamia, minkä katsotaan mahdollistavan pahanlaatuisuuden aikaisemman havaitsemisen kuin nykyinen kuvantaminen sallii[8].
Kvanttilaskenta ja kvanttikoneoppiminen
Useissa selvityksissä ja narratiivisissa katsauksissa kvanttilaskenta nähdään lääketieteellisesti merkittävänä, koska se voi vastata laskennallisiin haasteisiin, joita kuvataan ”klassisille tietokoneille ylipääsemättömiksi”, erityisesti lääkekehityksessä, genomiikassa, yksilöllisessä lääketieteessä ja sädehoidon optimointitehtävissä, kuten Monte Carlo -annoslaskennassa ja hoidon suunnittelun optimoinnissa[6]. Useat kirjoittajat perustelevat tätä eksplisiittisesti kubittitason ominaisuuksilla huomauttaen, että kubitit voivat hyödyntää superpositiota ja kietoutumista ja siten edustaa eksponentiaalisesti enemmän tietoa kuin klassiset bitit tietyissä formulaatioissa, mitä käytetään perustelemaan mahdollisia etuja molekyylisimulaatiossa ja biolääketieteellisen datan hahmonntunnistuksessa[6, 11].
Proof-of-concept-tasoisia kliinisiä ja lääketieteellisiä kvanttilaskentasovelluksia on raportoitu ”genomiikan, kliinisen tutkimuksen ja kehityksen, diagnostiikan sekä hoitojen ja interventioiden” aloilta, ja eräs katsaus esittää, että kvanttikoneoppiminen on kehittynyt nopeasti ja voi olla kilpailukykyistä klassisten vertailukohtien kanssa lääketieteellisten ongelmien supistetuissa versioissa[12]. Sama katsaus yhdistää tämän kehityssuunnan pidemmän aikavälin visioon ennakoivasta, yksilöllisestä ohjauksesta, korostaen samalla kliinisen käyttöönoton käytännön edellytyksiä, kuten datan saatavuutta, selitettävyyttä kliinisen tuen saamiseksi ja potilaiden yksityisyyttä[12].
Kuvantamiseen keskittyvissä QML-katsauksissa motivaationa nähdään usein kliininen paine nopeammista ja tarkemmista diagnooseista kasvavien skannausmäärien ja lääkäripulan keskellä. Hybridi-kvantti-klassiset mallit esitetään vastauksena vaatimuksiin paremmasta signaalinkäsittelystä MRI- ja EEG-tutkimuksissa[13]. Nämä artikkelit raportoivat konkreettisia esimerkkejä, mukaan lukien QML-luokittelija Alzheimerin taudin vaikeusasteen luokitteluun, joka on toteutettu 5-kubitin laitteistolla tai simulaattoreilla, kvanttitehostetut EEG-mallit (QEEGNet), jotka suoriutuvat perinteistä EEGNet-mallia paremmin kilpailudatasetissä, sekä kvantti-CT-rekonstruktioalgoritmit, joiden tavoitteena on lieventää klassisten rekonstruktiomenetelmien artefakteja[13].
QML-selvitykset korostavat myös, että useimmat lääketieteelliset QML-tutkimukset tehdään edelleen simulaattoreilla eikä todellisella kvanttilaitteistolla. Tämä rajoitus johtuu kvanttilaitteiston varhaisesta kehitysvaiheesta ja kvanttiprosessorien rajoitetusta saatavuudesta, vaikka lääketieteellisten työkuormien kuvataan motivoivan automaatiotukea sairauksien luokittelussa[14]. Täydentävä QML-kirjallisuus korostaa sekä lupauksia että rajoitteita huomauttaen, että kvantti-SVM-malleja, QCNN-malleja ja variationaalisia kvanttipiirejä tutkitaan korkeamman ulotteisuuden lääketieteellisiin kuvantamistehtäviin, mutta viittaa samalla barren plateau -ilmiöön ja NISQ-kohinaan, rajoitettuihin kubittimääriin ja korkeisiin virhetasoihin käytännön esteinä todellisilla laitteilla[15].
Kvanttipisteet ja fotoniikkalaitteet
Kvanttipisteitä kuvataan toistuvasti nanomittakaavan puolijohdepartikkeleiksi, joiden kvanttirajoittuminen johtaa optiseen emissioon tietyillä aallonpituuksilla korkealla kirkkaudella ja stabiiliudella. Tätä ominaisuutta käytetään perustelemaan niiden arvoa optisessa kuvantamisessa ja diagnostiikassa[9]. Erityiset QD-katsaukset korostavat säädettävää fluoresenssia, korkeaa kvanttisuhdetta ja kalvon läpäisykykyä mahdollistavina tekijöinä korkean resoluution solu- ja biomolekyylikuvantamisessa sekä kohdennetussa lääkeannostelussa. Samalla ne varoittavat, että pitkäaikainen stabiilius, toksisuus, ympäristövaikutukset ja bioakkumulaatio ovat keskeisiä translaatioriskejä, joita on lievennettävä parantamalla bioyhteensopivuutta ja pintamuokkauksia[16].
Vieritestauksessa (point-of-care) QD:t on sijoitettu fluoresoiviksi raportoijiksi niiden ”suurten absorptiokertoimien, säädettävien emissiospektrien ja parannetun fotostabiiliuden” vuoksi. Niiden kuvataan parantavan nopean diagnostiikan suorituskykyä mikrofluidistiikassa ja lateraalivirtaus-immunomäärityksissä alentamalla havaitsemisrajoja ja mahdollistamalla multipleksauksen koon mukaan säädettävien emissioaallonpituuksien kautta[17]. Nämä POC-sovellukset on kytketty kliiniseen toimintaan esimerkeillä, kuten vasta-ainekonjugoidut QD:t valikoivaan fluoresenssiluentaan, alle ng/mL tason virusantigeenien havaitseminen joissakin testiliuskoissa sekä lyhyet vasteajat (usein alle puoli tuntia), jotka voivat keventää laboratorioiden kuormitusta ja nopeuttaa kliinisiä päätöksiä[17].
QD-teknologian lisäksi fotoniikan kvanttilaitteita, kuten kvanttikaskadilasereita, ehdotetaan ei-termisiin teranostisiin skannauksiin. Niiden väitetään soveltuvan biologisille kudoksille keski-IR- ja terahertsi-alueen kattavuuden, läpäisykyvyn ja absorptiospektrien vuoksi, minkä lisäksi selektiivisen vaikutuksen patologisiin kudoksiin katsotaan tukevan minimaalisesti invasiivista diagnostiikkaa ja hoitoa[18].
Kvanttikryptografia ja lääketieteellisen datan tietoturva
Useat katsaukset perustelevat, että kvanttikryptografia on kliinisesti merkittävää, koska terveydenhuolto on riippuvaista potilastiedon luottamuksellisuudesta ja eheydestä, mukaan lukien sähköiset potilaskertomukset ja telelääketieteen viestintä[7, 19]. Kvanttiavainten jakelu esitetään mahdollistavan salausavainten vaihdon ”absoluuttisella turvallisuudella” ja kykenevän havaitsemaan salakuuntelun, koska mittaaminen häiritsee kvanttijärjestelmiä ja aiheuttaa havaittavia poikkeamia kaapatuissa lähetyksissä[7, 19]. Käyttöönottopaineita kuvataan eksplisiittisesti: eräs narratiivinen katsaus toteaa, että sairaalat ja lääketieteelliset laitokset ottavat yhä useammin käyttöön kvanttikryptografiaa EHR-tietojen suojaamiseksi, ja kuvaa kvanttisuojattua tietoliikennettä luottamukselliseksi ja peukaloinnin estäväksi etäkonsultaatioissa ja elintärkeän potilastiedon vaihdossa[19].
Alla oleva taulukko tiivistää keskeiset soveltavat leikkauspisteet ja kliinisen arvon tyypit, joita niillä ensisijaisesti katsotaan olevan tarkastelluissa lähteissä.
Kvanttibiologia ja terveys
Kvanttibiologia esitetään nousevana alana, joka tutkii, voivatko kvantti-ilmiöt (mukaan lukien superpositio, kietoutuminen, tunnelointi ja koherenssi) vaikuttaa biologisiin prosesseihin molekyyli- ja solutasolla, erityisesti siellä, missä klassinen mekaniikka voi olla riittämätön atomi-/subatomitason vuorovaikutuksille[20]. Kirjallisuus esittää erityisiä mekanistisia ehdokkaita: kvanttikoherenssin ehdotetaan tukevan tehokasta energiansiirtoa fotosynteesissä, ja kvanttitunneloinnin katsotaan liittyvän protonien siirtoon entsyymikatalyysissä. Lisäksi väitetään, että tällaisten kvanttiperiaatteiden ymmärtäminen voisi auttaa tehokkaampien lääkkeiden suunnittelussa[20].
Eksplisiittisemmin translationaalinen kehys esiintyy ”kvanttibiolääketieteen” katsauksissa, joissa argumentoidaan, että biologiset järjestelmät ovat kirjaimellisesti ”kvanttijärjestelmiä” ja että useat elämälle välttämättömät prosessit (elektronitunnelointi hengityskomplekseissa, protonikytkeytynyt siirto metabolisissa entsyymeissä, koherenssi fotosynteesissä ja spin-dynamiikka radikaalisignaloinnissa) ovat luonnostaan kvanttimekaanisia. Näin ollen ehdotetaan mekanistista kerrosta, joka yhdistää elektronitason fysiikan kliinisiin fenotyyppeihin[2]. Nämä katsaukset yhdistävät myös kvanttibiologian agendan eksplisiittisesti kvanttiteknologioihin korostamalla kvanttinatiiveja algoritmeja (VQE, QPE, QITE), jotka on suunnattu voimakkaasti korreloituneisiin elektronisiin ongelmiin klassisen laskennan ulottumattomissa, ja huomauttamalla, että nykyisiä toteutuksia rajoittaa NISQ-aikakauden laitteisto, vaikka algoritmit ja anturoinnin edistysaskeleet nähdään nousevina työkaluina tarkkuus- ja translaatiolääketieteelle[2].
Keskeinen synteesityökalu tässä osakirjallisuudessa on ehdotettu Quantum–Experimental–Clinical (QEC) -putki, jota kuvataan kvanttisimulaatioiden, kokeellisen validoinnin ja multi-omiikan kliinisen datan integroinniksi tautifenotyyppien tulkitsemiseksi ja redox- ja spin-herkkien terapeuttisten kohteiden tunnistamiseksi. Sovelluksia käsitellään muun muassa syövän metabolian, neurodegeneratiivisen proteiinien laskostumisvirheen, immuuni-/tulehdussignaloinnin, tartuntatautimekanismien ja lääkekehityksen aloilla[2]. Sama kehys sijoittaa kvanttianturit (erityisesti NV-keskuksiin perustuvat) työkaluiksi magneettikenttien, sähkökenttien, lämpötilan ja redox-tilojen pienten muutosten havaitsemiseen, joita kuvataan keskeisiksi tautibiologiassa, ja argumentoi, että iteratiiviset työnkulut voivat nopeuttaa siirtymistä molekyylisimulaatioista tarkkuuslääketieteeseen[2].
Laajempi katsaus korostaa, että kvanttivaikutuksia pidettiin historiallisesti epätodennäköisinä elävissä järjestelmissä oletetun dekoherenssin vuoksi lämpimissä, märissä ja meluisissa ympäristöissä. Se kuitenkin argumentoi, että näyttö useista biologisista toiminnoista on johtanut kvanttibiologian syntyyn ja nostanut esiin kliinisesti merkittäviä kysymyksiä siitä, miten kvantti-klassiset rajat saattavat vaikuttaa näkemyksiin terveydestä ja sairauksista, mukaan lukien syövän hoidon tavoitteet[4].
Teoreettiset ja filosofiset yhteiset näkökulmat
Osa kvanttifysiikan ja lääketieteen rajapinnalla olevasta kirjallisuudesta keskittyy vähemmän laitteisiin tai biokemiallisiin mekanismeihin ja enemmän teoreettisiin väitteisiin mielestä ja havainnoinnista. Eräs katsaus argumentoi, että kvanttimekaniikka soveltuu klassista mekaniikkaa paremmin ”tietoisuuden huomioimiseen”, ja väittää eksplisiittisesti, että kvanttitilan reduktiot ja aaltofunktion romahdus voisivat fyysisesti edustaa sitä, kuinka tietoisista päätöksistä tulee lopullisia tuloksia neurologisten verkkojen välittäessä tietoa[3]. Sama katsaus sitoo tämän kvanttimittauksen ongelmaan kehystämällä tietoisuuden ja todellisuuden olevan yhteydessä sen kysymyksen kautta, miksi emme tietoisesti havaitse kvanttisuperpositioita vaan sen sijaan havaitsemme tarkkoja tiloja tai sijainteja. Se esittää tämän käsitteellisenä siltana kvanttiteorian ja tietoisen havainnon välillä[3].
Saman argumentaatiolinjan puitteissa kirjoittajat ehdottavat mahdollisia lääketieteellisiä vaikutuksia esittämällä, että kvanttivaikutteiset kuvaukset hermostollisesta rakentumisesta ja romahduksesta ”yksittäiseen lopputilaan” voisivat auttaa kuvaamaan muutoksia neuraalisessa aktiivisuudessa neurodegeneratiivisten sairauksien (esim. Alzheimerin taudin) aikana ja että nukutuksen aiheuttama tietoisen toiminnan inhibitio voitaisiin kartoittaa käyttämällä kvanttiprojektioita ja ominaisarvokieltä[3]. Nämä ehdotukset esitetään kyseisessä katsauksessa mahdollisesti merkittävinä lääketieteelle todeten, että esitetyllä teorialla ”voisi olla valtavia vaikutuksia lääketieteen alalle”[3].
Synteesi
Tarkastellun kirjallisuuden läpi nousee yhteisiä säikeitä, jotka sitovat kvanttifysiikan ja lääketieteen yhteen jaettujen mekanismien, rajoitteiden ja translaatiotavoitteiden kautta.
- Ensinnäkin, monet kirjoittajat käsittelevät kvantti-ilmiöitä mahdollistavina resursseina sekä laskennalle että mittaamiselle, korostaen toistuvasti superpositiota ja kietoutumista kvanttilaskennan, kvanttianturoinnin ja kvanttikryptografian käsitteellisenä perustana, ja yhdistäen nämä lääkekehitykseen, diagnostiikkaan ja suojattuun terveystiedon vaihtoon[1, 19].
- Toiseksi, alaa yhdistää ”mittakaavat yhdistävä” pyrkimys, jossa elektroni- ja spinitason prosessit linkitetään kliinisesti havaittaviin fenotyyppeihin. Tämä todetaan eksplisiittisesti kvanttibiolääketieteen työssä, joka kuvaa mekanistista kerrosta, joka yhdistää elektronitason prosessit kliinisiin fenotyyppeihin, ja ehdottaa integroituja QEC-translaatioputkia simulaatioiden, kokeiden ja multi-omiikan kliinisen datan yhdistämiseksi[2].
- Kolmanneksi, kirjallisuus määrittelee mittauksen, herkkyyden ja koherenssin jaettuina toiminnallisina rajoitteina. Koherenssiaika linkitetään suoraan diagnostiseen herkkyyteen kvanttibiosensoreissa, ja NV-keskusten huoneenlämpöistä koherenssia pidetään käytännön reittinä kliinisesti merkittävään magnetometriaan. Kvanttikuvantaminen puolestaan nähdään mahdollistavan korkean resoluution ja matalan altistuksen kuvantamisen kietoutumisen ja fotonien korrelaatioiden kautta[8].
- Neljänneksi, toistuva laskennallinen yhteinen tekijä on se, että monet tavoitelluista terveydenhuollon tehtävistä (molekyylisimulaatio, telakointi, genomiikka-analytiikka, annossuunnittelu) ovat moniulotteisia ja optimointipainotteisia. Kirjoittajat argumentoivat toistuvasti, että kvanttilaskennan arvo on simulaation ja optimoinnin nopeuttamisessa tai parantamisessa näissä tehtävissä, mukaan lukien sädehoidon optimointi ja Monte Carlo -annoslaskenta[6, 21].
- Viidenneksi, raja kvantti- ja klassisen käyttäytymisen välillä on itsessään lääketieteellisesti merkittävä tutkimuskysymys, koska biologiset ympäristöt haastavat koherentit kvanttivaikutukset dekoherenssin kautta, kun taas toiset katsaukset väittävät, että kvanttiselitykset sopivat paremmin tiettyihin biologisiin ilmiöihin ja voisivat avata uusia lähestymistapoja diagnostiikkaan ja sairauksien hallintaan, jos ydinkehitysprosessit hyödyntävät merkitsevästi kvanttimekaniikkaa[4].
Rajoitukset ja näkymät
Soveltavan kirjallisuuden läpi kulkeva johdonmukainen rajoitus on, että kvanttilaskennan laitteisto on edelleen pääosin kokeellista ja se on ”tällä hetkellä kykenemätön” ratkaisemaan merkittäviä terveydenhuollon kysymyksiä kilpailukykyisesti perinteisen suurteholaskennan kanssa, vaikka huomio ja investoinnit kasvavat ja proof-of-concept-esittelyt laajenevat[11]. NISQ-aikakauden rajoitteet nousevat myös toistuvasti esiin, mukaan lukien laitemelu, dekoherenssi, virhetasot, rajoitetut kubittimäärät ja skaalautuvuusongelmat, sekä algoritmiset esteet, kuten variationaalisen optimoinnin vaikeudet (mukaan lukien barren plateau -ilmiö), jotka kollektiivisesti rajoittavat välitöntä käyttöönottoa vankkoihin kliinisiin työkuormiin[15, 22].
Erityisesti QML-alalla selvitykset raportoivat, että monet lääketieteelliset QML-kokeet perustuvat edelleen simulaattoreihin todellisen laitteiston sijasta rajoitetun saatavuuden ja laitteiston varhaisen kehitysvaiheen vuoksi. Tämä tarkoittaa, että suorituskykyvertailut ja yleistäminen kliinisen mittakaavan ongelmiin säilyvät aktiivisina tutkimushaasteina[14]. Samanaikaisesti kliinisesti suuntautuneet QC-katsaukset korostavat, että translaatio vaatii muita kuin teknisiä edellytyksiä, kuten datan saatavuutta, selitettävyyttä ja yksityisyyttä kliinisen luottamuksen rakentamiseksi. Jotkut lääkekehitysputkien katsaukset lisäävät, että kliinisen koedatan monimutkaisuus ja tiukat yksityisyysvaatimukset luovat pullonkauloja, jotka motivoivat turvallisia datan integrointikehyksiä[12, 23].
Kvanttianturoinnissa ja -kuvantamisessa esitetty tulevaisuudennäkymä on optimistinen mutta kehitysvaiheessa oleva. Edistystä ennakoidaan kohti puettavia, ympäristön olosuhteissa toimivia biosensoreita ja kohti kvanttikuvantamismenetelmiä, jotka voivat minimoida altistuksen samalla kun ne parantavat resoluutiota ja mahdollistavat molekyylitason tai metabolisen kuvantamisen. Tämä viittaa vaiheittaiseen etenemissuunnitelmaan tutkimuksen biokuvantamisesta ja spektroskopiasta kohti kliinistä kuvantamista ja diagnostiikkaa[8, 10]. Kvanttipisteiden translaatiossa kirjallisuus yhdistää kuvantamis- ja vieritestauspotentiaalin johdonmukaisesti toksisuus- ja bioakkumulaatiohuoliin, ja kuvaa pintaligandien vaihtoa ja kapselointistrategioita aktiivisina lähestymistapoina bioyhteensopivuuden ja turvallisuuden parantamiseksi. Tämä viittaa siihen, että materiaaliteknologia ja viranomaisarviointi tulevat todennäköisesti olemaan ratkaisevia tekijöitä kliiniselle käyttöönotolle[16].
