Проходы супермаркетов, заполненные свежими продуктами, вероятно, не там, где вы ожидаете обнаружить некоторые из первых преимуществ квантовых вычислений.
Но канадская сеть продуктовых магазинов Save-On-Foods стала едва ли не пионером, использующим квантовые технологии для улучшения управления логистикой в магазинах. В сотрудничестве с компанией D-Wave, занимающейся квантовыми вычислениями, Save-On-Foods использует новый тип вычислений, основанный на совершенно странном поведении материи на квантовом уровне. И это уже дает многообещающие результаты.
Инженеры компании обратились к D-Wave с логистической проблемой, которую классические компьютеры не могли решить. В течение двух месяцев эта концепция была преобразована в гибридный квантовый алгоритм, который работал в одном из супермаркетов, сокращая время вычислений для некоторых задач с 25 часов в неделю до нескольких секунд.
СМОТРЕТЬ: Руководство по тому, чтобы стать чемпионом по цифровой трансформации (TechRepublic Premium)
Save-On-Foods теперь рассматривает возможность распространения этой технологии на другие магазины и исследует новые способы, с помощью которых квант может помочь в решении других проблем. «Теперь у нас есть возможность запускать тесты и моделирование, регулируя переменные и видеть результаты, поэтому мы можем оптимизировать производительность, что просто невозможно с использованием традиционных методов», — сказал ZDNet представитель Save-On-Foods.
«Несмотря на выдающиеся результаты, двумя наиболее важными из них являются то, что мы смогли использовать квантовые вычисления для решения наших самых сложных проблем в масштабах всей организации и можем делать это на постоянной основе».
Замечательные свойства квантовых вычислений сводятся к поведению кубитов — квантового эквивалента классических битов, которые кодируют информацию для современных компьютеров в виде цепочек нулей и единиц. Но в отличие от битов, которые могут быть представлены либо 0, либо 1, кубиты могут принимать состояние, зависящее от кванта, в котором они существуют как 0 и 1 параллельно, или как суперпозиция.
Кубиты, таким образом, позволяют квантовым алгоритмам выполнять различные вычисления одновременно и в экспоненциальном масштабе: чем больше кубитов, тем больше переменных можно исследовать, и все это параллельно. Некоторые из самых больших проблем, на изучение которых классическим компьютерам с помощью битов с одним состоянием потребуются десятки тысяч лет, могут быть решены с помощью кубитов за считанные минуты.
Задача состоит в создании квантовых компьютеров, содержащих достаточно кубитов для выполнения полезных вычислений. Кубиты темпераментны: они склонны к ошибкам, их трудно контролировать, и они всегда находятся на грани выхода из своего квантового состояния. Как правило, ученым приходится помещать квантовые компьютеры в чрезвычайно холодные и большие холодильники, чтобы убедиться, что кубиты остаются стабильными. Это, мягко говоря, непрактично.
По сути, поэтому квантовые вычисления все еще находятся в зачаточном состоянии. Большинство квантовых компьютеров в настоящее время работают с менее чем 100 кубитами, и технологические гиганты, такие как IBM и Google, стремятся увеличить это число, чтобы как можно раньше построить полноценный квантовый компьютер. Недавно IBM амбициозно представила план развития системы на миллион кубитов и заявила, что ожидает, что отказоустойчивый квантовый компьютер станет достижимой целью в течение следующих десяти лет.
Генеральный директор IBM Арвинд Кришна и директор по исследованиям Дарио Хил перед суперхолодильником высотой десять футов для квантовых компьютеров компании следующего поколения.
Изображение: Конни Чжоу для IBM
Несмотря на то, что квантовые вычисления еще только начинаются, все еще есть большой интерес со стороны компаний, желающих экспериментировать с тем, что может оказаться значительным достижением. «Множество компаний проводят обучающие эксперименты, чтобы помочь квантовым вычислениям перейти от экспериментальной фазы к коммерческому использованию в больших масштабах», — сказал ZDNet Иван Остойич, партнер консультанта McKinsey.
Безусловно, технологические компании стремятся стать первыми лидерами. Сеть Q от IBM начала работать в 2016 году, чтобы предоставить разработчикам и профессионалам отрасли доступ к квантовым процессорам компании, последний из которых, 65-кубитное устройство под названием Hummingbird, было выпущено на платформе в прошлом месяце. Недавно американская многонациональная компания Honeywell сделала свои первые шаги на квантовом уровне, сделав квантовый компьютер компании с захваченными ионами доступным для клиентов через облако. Компания Rigetti Computing, работающая с 2017 года, также предоставляет облачный доступ к 31-кубитному квантовому компьютеру.
Другой подход, называемый квантовым отжигом, особенно подходит для задач оптимизации, таких как логистические проблемы, с которыми сталкивается компания Save-On-Foods. D-Wave оказался популярным выбором в этой области и с 2010 года предлагает квантовый отжиг в облаке, который теперь обновлен до процессора емкостью 5000 кубитов.
Процессор квантового отжига намного проще контролировать и работать, чем устройства, над которыми работают IBM, Honeywell и Rigetti, которые называются квантовыми компьютерами модели затвора. Вот почему команда D-Wave уже достигла гораздо большего количества кубитов. Однако квантовый отжиг подходит только для конкретных задач оптимизации, и эксперты утверждают, что технология будет сравнительно ограничена, когда квантовые компьютеры модели затворов достигнут зрелости.
Поставщики квантовой вычислительной мощности все чаще окружаются сторонними компаниями, выступающими в качестве посредников с клиентами. Zapata, QC Ware или 1QBit, например, предоставляют различные инструменты, от программных стеков до обучения, чтобы помочь бизнес-лидерам приступить к квантовым экспериментам.
СМОТРИТЕ: Что такое квантовый Интернет? Все, что вам нужно знать о странном будущем квантовых сетей
Другими словами, квантовая экосистема кипит активностью и быстро растет. «Компании в отраслях, где квантовые технологии будут иметь наибольший потенциал для полного разрушения, должны прямо сейчас подключиться к квантовым технологиям, — говорит Остойич.
Экспоненциальная вычислительная мощность квантовых технологий, по мнению аналитика, изменит правила игры во многих областях. Qubits, с их беспрецедентной способностью решать проблемы оптимизации, принесет пользу любой организации с цепочкой поставок и маршрутом распределения, потрясая финансовую отрасль, максимизируя прибыль от портфелей. Квантовый искусственный интеллект также имеет огромные перспективы, и ожидается, что модели выиграют от лучшего обучения на больших наборах данных.
Один пример: моделируя молекулярные взаимодействия, которые слишком сложны для классических компьютеров, кубиты позволят биотехнологическим компаниям ускорить открытие новых лекарств и материалов. Microsoft, например, уже продемонстрировала, как квантовые компьютеры могут помочь производить удобрения с более высокими урожаями. Это может иметь огромные последствия для сельскохозяйственного сектора, поскольку перед ним стоит колоссальная задача — обеспечить устойчивое питание растущего населения планеты в ближайшие годы.
Химия, нефть и газ, транспорт, логистика, банковское дело и кибербезопасность часто упоминаются как отрасли, которые квантовые технологии могут существенно изменить. «В принципе, квантовая технология будет актуальна для всех ИТ-директоров, поскольку она ускорит решение большого круга проблем», — говорит Остойич. «Эти компании должны стать обладателями квантовых возможностей».
Химия, нефть и газ, транспорт, логистика, банковское дело или кибербезопасность относятся к отраслям, на которые часто указывают как на примеры областей, которые могут трансформировать квантовые технологии.
Источник: McKinsey & Company, «План игры для квантовых вычислений».
Есть нюанс. Ни один ИТ-директор не должен рассчитывать на получение слишком большой краткосрочной выгоды от квантовых вычислений в их нынешнем виде. Как бы быстро ни развивалась квантовая индустрия, эта область по-прежнему определяется стойкой нестабильностью кубитов, которая по-прежнему значительно ограничивает возможности квантовых компьютеров.
«Прямо сейчас нет проблемы, которую квантовый компьютер мог бы решить быстрее, чем классический компьютер, что представляет ценность для ИТ-директора», — настаивает Хайке Риль, глава отдела науки и технологий IBM Research Quantum Europe. «Но нужно быть очень осторожным, потому что технология быстро развивается. Внезапно может оказаться достаточно кубитов, чтобы решить проблему, имеющую большое значение для бизнеса с квантовым компьютером».
И когда этот день настанет, будет разрыв между компаниями, которые подготовились к использованию квантовых вычислительных мощностей, и теми, кто этого не сделал. «Это то, что поставлено на карту для бизнес-лидеров, которые уже играют с квантовыми технологиями», — объясняет Рил. Хотя ни один ИТ-директор не ожидает, что квантовые технологии принесут пользу в ближайшие пять-десять лет, наиболее дальновидные компании уже предвидят волну инноваций, которую в конечном итоге вызовет технология, поэтому, когда это произойдет, они будут первыми. извлекать из этого пользу.
Это означает планирование персонала, навыков и проектов, а также формирование понимания того, как квантовые вычисления могут помочь в решении реальных бизнес-проблем. «Именно здесь в разных отраслях проводится большая работа, чтобы выяснить, каковы настоящие проблемы, которые могут быть решены с помощью квантового компьютера, а не классического компьютера, и которые будут иметь большое значение с точки зрения стоимости, "говорит Риэль.
Риэль указывает на пример квантового моделирования для разработки батарей, который такие компании, как производитель автомобилей Daimler, исследуют в сотрудничестве с IBM. Чтобы увеличить емкость и скорость зарядки аккумуляторов для электромобилей, исследователи Daimler работают над литий-серными аккумуляторами следующего поколения, которые требуют согласования различных соединений в наиболее стабильной возможной конфигурации. Чтобы найти наилучшее размещение молекул, необходимо смоделировать все возможные взаимодействия между частицами, составляющими молекулы соединения.
Эту задачу можно выполнить с помощью современных суперкомпьютеров для простых молекул, но крупномасштабное квантовое решение однажды может открыть новые горизонты в разработке более сложных соединений, необходимых для лучших батарей.
«Конечно, прямо сейчас молекулы, которые мы моделируем с помощью кванта, малы по размеру из-за ограниченного размера квантового компьютера», — говорит Риэль. «Но когда мы масштабируем следующее поколение квантовых компьютеров, тогда мы сможем решить проблему, несмотря на сложность молекул».
SEE: 10 технических прогнозов, которые могут означать огромные изменения в будущем
Подобное мышление привело к тому, что нефтегазовый гигант ExxonMobil присоединился к сети компаний, которые в настоящее время используют облачные квантовые процессоры IBM. ExxonMobil начала сотрудничество с IBM в 2019 году с целью однажды использовать квантовые технологии для разработки новых химикатов для низкоэнергетической обработки и улавливания углерода.
Директор компании по корпоративным стратегическим исследованиям Эми Херхолд объясняет, что в течение прошлого года ученые ExxonMobil использовали квантовые возможности IBM для моделирования макроскопических свойств материалов, таких как теплоемкость. Команда до сих пор фокусировалась на мельчайших молекулах, газообразном водороде, и теперь работает над способами масштабирования метода до более крупных молекул по мере развития оборудования.
По словам Херхольда, еще предстоит пройти ряд этапов, прежде чем квантовые вычисления станут заметным влиянием на бизнес. Компаниям потребуется доступ к гораздо более крупным квантовым компьютерам с низким уровнем ошибок, а также к соответствующим квантовым алгоритмам, решающим ключевые проблемы.
«Хотя современные квантовые компьютеры не могут решать бизнес-задачи — они слишком малы, а кубиты слишком шумны — эта область быстро развивается», — сказал Херхольд ZDNet. «Мы знаем, что исследования и разработки имеют решающее значение как для аппаратного обеспечения, так и для алгоритмов, и, учитывая, насколько они отличаются от классических вычислений, мы знали, что для наращивания наших внутренних возможностей потребуется время. Вот почему мы решили начать работу. "
Херхольд ожидает, что квантовое оборудование будет развиваться быстрыми темпами в следующие пять лет. Идея ясна: когда это произойдет, исследовательская группа ExxonMobil будет готова.
Одна из отраслей, которая проявила большой интерес к квантовым технологиям, — это финансовый сектор. От партнерства JP Morgan Chase с IBM и Honeywell до использования BBVA услуг Zapata банки активно исследуют потенциал кубитов, и на это есть веские причины. Квантовые компьютеры, учитывая экспоненциально большое количество факторов и переменных, могут давать гораздо более точные прогнозы финансовых рисков и неопределенности и повышать эффективность ключевых операций, таких как оптимизация инвестиционного портфеля или ценообразование опционов.
Как и в других областях, большая часть исследований посвящена проверке концепций для финансовой индустрии. Фактически, при решении более мелких задач ученые по-прежнему используют квантовые алгоритмы наряду с классическими компьютерами для проверки результатов.
«Классический симулятор дает точный ответ, поэтому вы можете проверить, получаете ли вы этот точный ответ с помощью квантового компьютера», — объясняет Тони Аттли, президент Honeywell Quantum Solutions, описывая процесс квантового опционы в сфере финансов.
«И вам лучше быть, потому что, как только мы пересечем эту границу, где мы больше не сможем классически моделировать, вам лучше убедиться, что ваш квантовый компьютер дает вам правильный ответ. Потому что это что вы будете использовать в своих бизнес-процессах ".
Компании, которые в настоящее время работают над квантовыми решениями, сосредотачиваются на том, что Аттли называет «путем к созданию ценности». Другими словами, они используют квантовые возможности в том виде, в каком они существуют, для решения небольших задач, укрепляя доверие к технологии по мере их поступления, пока они ждут, когда возможности вырастут и позволят решать более крупные проблемы.
Во многих областях большая часть исследований посвящена изучению концепций квантовых вычислений в промышленности.
Изображение: IBM
Как бы заманчиво ни было для ИТ-директоров надеяться на краткосрочную выгоду от квантовых услуг, гораздо более реалистично смотреть в более длительные сроки, утверждает Аттли. «Представьте, что у вас есть молоток, и кто-то говорит вам, что они хотят построить с его помощью университетский городок», — говорит он. «Что ж, глядя на свой молот, вы должны спросить себя, сколько времени потребуется, чтобы построить его».
Квантовые вычисления обещают, что в ближайшие несколько лет молоток может превратиться в дрель, а затем в башенный кран. Задача ИТ-директоров состоит в том, чтобы заранее спланировать, на какое время имеющиеся в их распоряжении инструменты получат значительный импульс, которого ожидают как ученые, так и участники отрасли.
Трудно сказать точно, когда это произойдет. В дорожной карте IBM объявляется, что к 2023 году компания достигнет 1000 кубитов, что может ознаменовать начало раннего создания стоимости в фармацевтике и химии благодаря моделированию малых молекул. Но хотя точные сроки неизвестны, Аттли непреклонен в том, что никогда не рано вмешиваться.
«В компаниях, которые ориентированы на будущее, уже есть группы, занимающиеся этим и готовящие свои организации воспользоваться этим, как только мы переступим порог создания ценности», — говорит он. «Поэтому я обычно говорю: вступайте в бой сейчас. Возможностей мало, и если вы еще не в первых рядах, может пройти довольно много времени, прежде чем вы войдете».
Создание ценности для бизнеса является приоритетом для каждого ИТ-директора. В то же время барьер для входа в квантовые вычисления снижается каждый раз, когда появляется новый стартап, призванный упростить инфраструктуру программного обеспечения и помочь неспециалистам начать использовать эту технологию. Так что нельзя терять время, осваивая эту технологию. Обеспечение первоклассного места в квантовой революции, когда это произойдет, вероятно, того стоит.
