Cancer is one of the leading causes of death worldwide. It is caused by a variety of genetic mutations, which makes every instance of the disease unique. Since chemotherapy can have extremely severe side effects, each patient requires a personalized treatment plan. Finding the dosages that maximize the beneficial effects of the drugs and minimize their adverse side effects is vital. Deep neural networks automate and improve drug selection. However, they require a lot of data to be trained on. Therefore, there is a need for machine-learning approaches that require less data. Hybrid quantum neural networks were shown to provide a potential advantage in problems where training data availability is limited. We propose a novel hybrid quantum neural network for drug response prediction, based on a combination of convolutional, graph convolutional, and deep quantum neural layers of 8 qubits with 363 layers. We test our model on the reduced Genomics of Drug Sensitivity in Cancer dataset and show that the hybrid quantum model outperforms its classical analog by 15% in predicting IC50 drug effectiveness values. The proposed hybrid quantum machine learning model is a step towards deep quantum data-efficient algorithms with thousands of quantum gates for solving problems in personalized medicine, where data collection is a challenge.


翻译:癌症是全世界死亡的主要原因之一。 癌症是由各种基因突变导致的, 这使得疾病的每一种情况都有其独特性。 由于化疗可以产生极其严重的副作用, 每个病人都需要个性化的治疗计划。 找到能最大限度地发挥药物的有益影响并最大限度地减少其副作用的剂量至关重要。 深神经网络自动化并改进药物选择。 但是, 它们需要大量数据来培训。 因此, 需要采用机器学习方法, 需要较少数据。 混合量子神经网络显示, 在培训数据提供有限的情况下提供潜在优势。 我们提议建立一个新型的混合量子神经网络, 用于药物反应预测, 其基础是: 结合进化、 图形共振动、 深量子神经层8 和 363 层。 我们测试我们在癌症数据集中减少药物感知力的模型模型, 并显示混合量子模型在预测IC50药物有效性值时, 超越了15 %的经典类比。 拟议的混合量子机器学习模型是迈向深度量子医学数据采集的一步, 其中个人数据采集了数千个量制的卡。

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