量子硬件上的蛋白-配体自由能扰动
量子物理
2026-05-04 v2
摘要
使用自由能扰动（FEP）方法来研究蛋白-配体复合物是结构化学药物设计中最重要的工具之一。由于FEP方法通常依赖于力场，可能受力场参数相关问题的影响。本文我们提出了一种量子力学/分子力学（QM/MM）混合方法，通过在经典和量子硬件上使用QM bookending方法来克服力场模型中的缺陷。在本QM/MM FEP方法的MM部分中，我们使用AMBER来模拟蛋白受体和配体未扰动部分，分别采用ff19SB和GAFF2力场。在QM部分，我们使用QUICK进行Hartree-Fock（HF）计算，随后采用热浴配置相互作用（HCI）作为经典设备上的基准。为使QUICK能够实现HCI功能，我们开发了一个基于Python的接口，用于执行来自IBM的qiskit-addon-dice-solver的HCI。此外，相同的接口也使本工作能够在量子硬件上执行QM/MM FEP计算，采用Local Unitary Cluster Jastrow（LUCJ） ansatz，随后采用样本基准对角化（SQD）和扩展SQD（extSQD）后处理。我们以一系列热解抑制剂为例，发现经典HCI方法与LUCJ-SQD/extSQD方法的结果与实验有合理的一致性，其中后者的结果更接近实验值。两种方法的执行时间也相当，表明其在噪声中间规模量子（NISQ）时代具有很大的实用潜力。
关键词
引用
@article{arxiv.2604.09857,
title = {Protein-Ligand Free Energy Perturbation on Quantum Hardware},
author = {Zhen Li and Milana Bazayeva and Thaddeus Pellegrini and Subhamoy Bhowmik and Susanta Das and Danil Kaliakin and Fangchun Liang and Akhil Shajan and Kenneth M. Merz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.09857},
year = {2026}
}