量子计算机要来了 我们有准备好迎接它了吗?

By:Daphne Leprince-Ringuet 编译:sky

但是加拿大某商品连锁店已经成为一个先驱者,它首先利用量子技术改善店内物流管理。与量子计算公司D-Wave合作,该商店正在使用一种新的计算方式,该方法基于物质在量子水平上的彻头彻尾的怪异行为。而且已经看到了可喜的结果。

该公司的工程师们向D-Wave公司提出了一个传统计算机无法解决的物流问题。不到两个月,这个概念就转化成了一个混合量子算法,在一家超市的商店里运行,将一些任务的计算时间从每周25小时减少到几秒钟。

现在该公司正在考虑将这项技术扩展到其他商店,并探索可以帮助解决其他问题的新方法。 “我们现在可以通过调整变量来运行测试和模拟,并看到结果,因此我们可以优化性能,而使用传统方法根本不可行,”

“虽然结果很突出,但其中最重要的两件事是,我们能够利用量子计算来解决整个组织中最复杂的问题,并且能够持续不断地进行下去。”

量子计算的显著特性归结为量子比特--经典的量子等效位它将当今计算机的信息编码成0和1的字符串,但与比特相反,比特可以用0或1来表示,量子比特可以呈现一种量子特定的状态,在这种状态下,它们以0和1的形式并行存在,或者叠加 .

因此,量子位使量子算法能够同时并以指数级运行各种计算:量子位越多,可以探索的变量就越多,并且所有这些并行。量子比特可以在几分钟内解决一些最大的问题,这将需要几万年的经典计算机来研究单状态位。

挑战在于建造量子计算机,它包含足够的量子比特来进行有用的计算。量子比特是变化无常的:它们容易出错,难以控制,而且总是处于脱离量子状态的边缘。通常情况下,科学家必须把量子计算机装在极冷的大型冰箱里,以确保量子比特保持稳定。

从本质上讲,这就是为什么量子计算仍处于起步阶段的原因。目前,大多数量子计算机的工作量都少于100量子位,IBM和Google等技术巨头都在竞相增加这一数目,以便尽早构建出有意义的量子计算机。最近,IBM雄心勃勃公布了路线图到百万量子比特系统,并表示希望容错量子计算机将在未来十年内实现。

量子计算时代真的来了,量子计算需要做什么

IBM首席执行官Arvind Krishna和研究总监Dario Gil站在公司下一代量子计算机10英尺高的超级冰箱前。

尽管量子计算还处于早期阶段,但仍有许多企业对这一可能被证明是一项重大发展的试验产生了浓厚兴趣。目前多家公司正在进行实验,以帮助量子计算从实验阶段转向大规模的商业应用。

当然,科技公司正在争当早期的领导者。IBM的Q网自2016年开始运行以来,为开发人员和行业专业人士提供了访问公司量子处理器的途径,其中最新的一种65量子位设备称为蜂鸟,已于上个月在平台上发布。最近,美国跨国公司霍尼韦尔在量子阶段迈出了第一步,使公司的离子阱量子计算机可以通过云提供给客户。里格蒂计算自2017年以来一直运营,该公司还提供了基于云的31量子位量子计算机访问权限。

另一种方法称为量子退火,尤其适用于优化任务,例如开头说的公司所面临的物流问题。D-Wave已被证明是该领域的热门选择,并且自2010年以来一直在云端提供量子退火器,现在已经升级到5,000量子位强的处理器。

量子退火处理器比IBM、Honeywell和Rigetti正在开发的设备更易于控制和操作,这些设备被称为门模型量子计算机. 这就是为什么D-Wave的团队已经达到了更高数量的量子比特。然而,量子退火只适用于特定的优化问题,专家们认为,当门模型量子计算机成熟时,该技术将受到相对的限制。

量子处理能力的供应商越来越多地被第三方公司包围,这些公司充当客户的中间人。Zapata ,QC软件或1QBit例如,提供从软件栈到培训的各种工具,帮助企业领导者开始量子实验。

换言之,量子生态系统充满活力,而且发展迅速。”“quantum最有可能彻底颠覆的行业中的公司应该现在就加入quantum,”Ostojic说。

有分析师认为,量子技术的指数计算能力将在许多领域改变游戏规则。Qubits具有解决优化问题的空前能力,它将使任何具有供应链和分销路线的组织受益,同时通过最大限度地提高投资组合收益来撼动金融业。注入量子的人工智能也具有广阔的前景,预计模型将受益于对更大数据集的更好训练。

一个例子:通过模拟经典计算机无法处理的复杂分子相互作用,量子位将使生物技术公司快速追踪新药物和新材料的发现。例如,微软已经展示了量子计算机如何能够帮助制造肥料产量更高。这可能对农业部门产生巨大影响,因为它面临着在未来几年中可持续地养活不断增长的全球人口的艰巨任务。

化学,石油和天然气,运输,物流,银行和网络安全通常被认为是量子技术可以显着转变的领域。Ostojic表示:“原则上,量子将与所有CIO息息相关,因为它将加快解决各种问题的速度。” “那些公司需要成为量子能力的所有者。”

量子计算时代真的来了,量子计算需要做什么

化学、石油和天然气、运输、物流、银行或网络安全等行业经常被指是量子技术可以改变的领域。

但有一个警告。任何CIO都不能期望以当前形式的量子计算获得太多的短期价值。无论量子产业如何快速发展,该领域仍然由量子位的顽固不稳定性所定义,量子位的不稳定性仍然极大地限制了量子计算机的能力。

“目前,量子计算机比传统计算机能更快地解决问题,这对CIO来说很有价值。 但是您必须非常小心,因为技术发展迅速。突然之间,可能会有足够的量子位来解决对量子计算机企业具有高价值的问题。”

当那一天到来的时候,那些为量子计算能力做准备的公司和那些没有准备好的公司之间将会出现分歧。 这正是那些已经在玩量子游戏的商业领袖们的利害关系。尽管没有一位首席信息官预计quantum在未来五到十年内能够实现价值,但最具前瞻性的企业已经预见到了这项技术最终将带来的创新浪潮,因此,当量子技术出现时,他们将率先从中受益。

这意味着规划人员配置、技能和项目,并了解量子计算如何帮助解决实际业务问题。这是在不同行业进行的大量工作,找出真正的问题是什么,这些问题可以用量子计算机而不是经典计算机来解决,这将在价值上产生巨大的差异。

要指出了电池开发的量子模拟的例子,这类公司像汽车制造商一样戴姆勒正在与IBM合作进行调查。为了提高电动汽车电池的充电容量和充电速度,戴姆勒的研究人员正在研究下一代锂硫电池,这种电池要求各种化合物以最稳定的配置排列。为了找到分子的最佳位置,必须模拟组成化合物分子的粒子之间所有可能的相互作用。

当前的超级计算机可以对简单分子执行此任务,但是大规模的量子解决方案有一天可以在开发更好的电池,所需的更复杂的化合物方面开辟新的天地。

当然,由于量子计算机的尺寸有限,现在我们正在用量子模拟的分子尺寸很小, 但是当我们扩展下一代量子计算机时,尽管分子很复杂,但我们可以解决问题。

类似的想法导致了石油和天然气巨头埃克森美孚加入目前使用IBM基于云的量子处理器的公司网络。埃克森美孚公司于2019年开始与IBM合作,目标是有朝一日利用量子技术设计用于低能耗处理和碳捕获的新化学品。

过去一年,埃克森美孚的科学家一直在利用IBM的量子能力来模拟宏观的材料属性,比如热容。到目前为止,该团队一直致力于研究最小的分子氢气,现在正在研究如何随着硬件的发展将这种方法放大到更大的分子。

在量子计算转化为可观察的业务影响之前,仍然需要实现许多里程碑。公司将需要能够使用低错误率的大型量子计算机,以及解决关键问题的适当量子算法。

虽然今天的量子计算机不能解决与商业相关的问题——它们太小,量子比特太嘈杂——但这个领域正在迅速发展。 我们知道研发在硬件和算法方面都是至关重要的,鉴于这与传统计算有多大的不同,我们知道建立我们的内部能力需要时间。这就是我们决定出发的原因。

预计量子硬件将在未来五年内快速增长。信息是明确的:一旦成功,埃克森美孚的研究团队将做好准备。

对量子技术表现出强烈兴趣的一个行业是金融业。从摩根大通与IBM和霍尼韦尔的合作,到BBVA对Zapata服务的使用,银行都在积极探索量子比特的潜力,这是有充分理由的。量子计算机通过计算指数级的因子和变量,可以更好地预测金融风险和不确定性,并提高投资组合优化或期权定价等关键操作的效率。

与其他领域类似,大多数研究致力于探索金融业概念的证明。事实上,在解决较小的问题时,科学家们仍然在经典计算机旁边运行量子算法来验证结果。

霍尼韦尔量子解决方案,就像他描述金融中量子期权定价的过程一样。“经典的模拟器有一个确切的答案,所以你可以用量子计算机来检查你是否得到了这个确切的答案。”

而且最好是,因为一旦我们越过边界,我们将无法再进行经典的模拟,那么您最好确信您的量子计算机将为您提供正确的答案。因为这就是您要采取的措施进入您的业务流程。

目前致力于量子解决方案的公司正专注于Uttley所称的“价值创造之路”。换言之,他们正在利用量子能力来解决小规模问题,在这样做的同时建立对技术的信任,同时等待能力的增长,使更大的问题得以解决。

量子计算时代真的来了,量子计算需要做什么

在许多领域,大多数研究致力于探索工业量子计算的概念验证。

Uttley认为,尽管首席信息官希望从量子服务中获得短期价值可能很诱人,但考虑更长的时间范围则更为现实。他说:“想象一下,你有一把锤子,有人告诉你他们想用它来建立大学校园。” “好吧,看着你的锤子,你应该问问自己,建造它需要多长时间。”

量子计算的前景是,在未来几年里,锤子可能会演变成一个钻头,然后演变成塔式起重机。对于首席信息官们来说,现在的挑战是如何规划他们所掌握的工具能够得到科学家和行业参与者所期待的巨大提升。

很难确切地知道何时会实现这种增长。IBM的路线图宣布,该公司将在2023年达到1000个量子比特,这可能标志着由于小分子的模拟,在医药和化工领域早期创造价值的开始。但是,尽管确切的时间表尚不确定。

具有前瞻性的公司已经有团队专注于这一点,一旦我们跨过价值创造的门槛,他们的组织就可以利用它。

创造商业价值是每位首席信息官的首要任务。与此同时,每当一家新的初创企业出现,以简化软件基础设施,并协助非专家开始使用该技术,量子计算的进入门槛也在降低。因此,拥抱这项技术已刻不容缓。在量子革命到来之际,获得一流的地位很可能是值得的。

引文:https://www.zdnet.com/video/quantum-computers-are-coming/