Fugu-MT 論文翻訳(概要): Protein-Ligand Free Energy Perturbation on Quantum Hardware

論文の概要: Protein-Ligand Free Energy Perturbation on Quantum Hardware

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.09857v1
Date: Fri, 10 Apr 2026 19:37:19 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2026-04-14 20:13:15.713574
Title: Protein-Ligand Free Energy Perturbation on Quantum Hardware
Title（参考訳）: 量子ハードウェアにおけるタンパク質-リガンド自由エネルギー摂動
Authors: Zhen Li, Milana Bazayeva, Thaddeus Pellegrini, Mario Motta, Subhamoy Bhowmik, Susanta Das, Danil Kaliakin, Fangchun Liang, Akhil Shajan, Kenneth M. Merz,
Abstract要約: 力場モデルにおける欠陥を克服するための量子力学/分子力学(QM/MM)ハイブリッド手法を提案する。 AMBERはリガンドのタンパク質受容体と未成熟な運動を、ff19SBとGAFF2の力場でシミュレートするために用いられる。 QUICK は Hartree-Fock (HF) 計算に使われ、続いてHCI (Heat-bath configuration interaction) が古典機器のベンチマークとして使用された。
参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9448568907945951
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: The use of free energy perturbation (FEP) methods to study protein-ligand complexes is one of the most important tools in structure-based drug design. Because FEP methods typically rely on force fields, they may suffer from force field parameter-related issues. Herein, we present a quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) hybrid method to overcome deficiencies in force-field models by using QM bookending approaches on both classical and quantum hardware. In the MM part of this QM/MM FEP method, AMBER is used to simulate the protein receptor and the unperturbed moiety of the ligand, with the ff19SB and GAFF2 force fields. In the QM part, QUICK was used to conduct Hartree-Fock (HF) calculations, followed by heat-bath configuration interaction (HCI) as a benchmark on classical devices. To enable the HCI function in QUICK, we developed a Python-based interface to execute HCI from IBM's qiskit-addon-dice-solver. Moreover, the same interface also enabled this work to execute QM/MM FEP calculations on quantum hardware using the Local Unitary Cluster Jastrow (LUCJ) ansatz, followed by sample-based diagonalization (SQD) and extended-SQD (extSQD) post-processing. Using a series of thermolysis inhibitors as an example, we find reasonable agreement with experiment between the classical HCI method and the LUCJ-SQD/extSQD method, with the latter yielding a result closer to the experimental value. The execution time between the HCI-based FEP method and the LUCJ-SQD/extSQD-based FEP method is also comparable, indicating a high potential for utility in the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) era.
Abstract（参考訳）: タンパク質-リガンド複合体の研究に自由エネルギー摂動法(FEP)を用いることは、構造に基づく薬物設計において最も重要なツールの1つである。 FEP法は典型的には力場に依存しているため、力場パラメータに関連する問題に悩まされることがある。本稿では,量子力学/分子力学(QM/MM)ハイブリッド手法を提案する。 QM/MM FEP法におけるMM部分において、AMBERは、リガンドのタンパク質受容体と未摂動運動を、ff19SBおよびGAFF2力場でシミュレートするために用いられる。 QMでは、QUICKはHartree-Fock (HF) 計算に使われ、続いてHCI (Heat-bath configuration interaction) が古典機器のベンチマークとして使用された。 QUICK における HCI 関数を実現するため,我々は IBM の qiskit-addon-dice-solver から HCI を実行する Python ベースのインタフェースを開発した。さらに、同じインタフェースにより、ローカル・ユニタリ・クラスタ・ジャストロウ (LUCJ) アンサッツを用いて量子ハードウェア上でQM/MM FEP計算を実行し、続いてサンプルベース対角化 (SQD) と拡張SQD (extSQD) 後処理を行った。一連の熱分解阻害薬を例として,古典的HCI法とLUCJ-SQD/extSQD法との相同性を示し,後者は実験値に近い結果を得た。 HCIベースのFEP法とLUCJ-SQD/extSQDベースのFEP法の間の実行時間も同等であり、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)時代の実用性の可能性を示している。

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