論文の概要: Continuous-time quantum-walk centrality for protein residue interaction networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.17486v1
- Date: Sun, 19 Apr 2026 15:18:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-28 13:29:21.644259
- Title: Continuous-time quantum-walk centrality for protein residue interaction networks
- Title（参考訳）: タンパク質残基相互作用ネットワークにおける連続時間量子ウォーク中心性
- Authors: Shah Ishmam Mohtashim, Manas Sajjan, Sabre Kais,
- Abstract要約: 連続時間量子ウォーク(CTQW)に基づくタンパク質の構造上重要な残基の同定のための量子力学的枠組みを提案する。
重み付けされた隣接行列をハミルトニアンにマッピングすることにより、残余の重要度は、長時間平均された占有確率から生じる。
CTQW由来の集中度ランキングは、短期的な中間スケール量子ハードウェアで利用できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present a quantum-dynamical framework for identifying structurally important residues in proteins based on continuous time quantum walks (CTQWs) on weighted residue interaction networks constructed from experimentally resolved structures. By mapping the weighted adjacency matrix to a Hamiltonian, residue importance emerges from the long-time averaged occupation probability, confirmed analytically through its spectral decomposition. Across a dataset of approximately 150 proteins spanning diverse structural and functional classes, CTQW centrality exhibits consistently strong agreement with classical eigenvector centrality in identifying central residues, while extending beyond it through incorporating signatures of quantum interference. Analyzing the time-averaged quantum transition matrix reveals consistently larger spectral gaps than the classical random-walk operator. Furthermore, biological relevance is confirmed through recovery of experimentally established functional residues in proteins kinase A and oxytocin. CTQW-derived centrality rankings are accessible on near-term intermediate-scale quantum hardware, as we demonstrate through a proof-of-principle implementation on IBM superconducting quantum hardware. These results establish continuous-time quantum walks as a computationally tractable framework for protein network analysis, that connects network theoretical treatments of protein structural biology to continuous-time quantum walk dynamics.
- Abstract（参考訳）: 本研究では, タンパク質の構造上重要な残基を連続時間量子ウォーク(CTQW)に基づいて同定するための量子力学的枠組みを提案する。
重み付けされた隣接行列をハミルトニアンにマッピングすることにより、スペクトル分解を通じて分析的に確認される長期平均占有確率から残留重要性が生じる。
様々な構造的および機能的なクラスにまたがる約150のタンパク質からなるデータセットの中で、CTQW中心性は、量子干渉のシグネチャを組み込むことで、中央残基の同定において古典的な固有ベクトル中心性と一貫して強い一致を示す。
時間平均量子遷移行列を解析すると、古典的なランダムウォーク演算子よりもずっと大きなスペクトルギャップが明らかになる。
さらに、プロテインキナーゼAとオキシトシンの実験的に確立された機能残基の回収によって生物学的関連性が確認される。
我々は,IBM 超伝導量子ハードウェア上での実証的実装を通じて,CTQW 由来の集中度ランキングが,短期的な中間スケール量子ハードウェア上でアクセス可能であることを実証した。
これらの結果は、タンパク質構造生物学のネットワーク理論的処理と連続時間量子ウォークダイナミクスを結合する、タンパク質ネットワーク解析の計算的に抽出可能なフレームワークとして、連続時間量子ウォークを確立している。
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