量子計(jì)算仍然是一種新興技術(shù)，但是它的潛力已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了體現(xiàn)。從醫(yī)療保健，金融到人工智能，我們分析探討了量子計(jì)算機(jī)未來重塑的行業(yè)。
量子計(jì)算機(jī)將很快比任何傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快的速度解決某些問題。這些功能可能會特別影響企業(yè)應(yīng)對挑戰(zhàn)的過程，這些挑戰(zhàn)涉及大量可變因素和潛在結(jié)果，例如模擬化學(xué)相互作用，優(yōu)化物流或通過海量數(shù)據(jù)集進(jìn)行分類。
這一新興技術(shù)具有重塑無數(shù)行業(yè)的潛力，但其中一些行業(yè)必須比其他行業(yè)更快地適應(yīng)。
下面，我們看一下量子計(jì)算已經(jīng)產(chǎn)生影響的9個行業(yè)。
1.醫(yī)療保健
量子計(jì)算機(jī)可以通過多種方式影響醫(yī)療保健。
例如，谷歌最近宣布，它已經(jīng)使用量子計(jì)算機(jī)來模擬化學(xué)反應(yīng)，這是這一新興技術(shù)的里程碑。盡管特定的相互作用相對簡單(當(dāng)前的經(jīng)典計(jì)算機(jī)也可以對其進(jìn)行建模)，但與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，未來的量子計(jì)算機(jī)應(yīng)該能夠更加準(zhǔn)確地模擬復(fù)雜的分子相互作用。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，這可以通過更輕松地預(yù)測候選藥物的效果來幫助加快藥物發(fā)現(xiàn)的速度。
藥物發(fā)現(xiàn)可以從量子計(jì)算中獲得推動的另一個領(lǐng)域是蛋白質(zhì)折疊。CB Insights在2020年的AI 100和Digital Health 150研究中的初創(chuàng)公司ProteinQure，該公司已經(jīng)開始使用當(dāng)前的量子計(jì)算機(jī)來幫助預(yù)測蛋白質(zhì)如何在體內(nèi)折疊。對于常規(guī)計(jì)算機(jī)而言，這是一個非常困難的任務(wù)。但是，使用量子計(jì)算來解決這個問題最終可以使設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的基于蛋白質(zhì)的藥物更加容易。
資料來源：ProteinQure
最終，量子計(jì)算還可以通過允許更快的基因組分析為每個患者量身定制的治療計(jì)劃提供信息，從而帶來更好的個性化醫(yī)學(xué)方法。
基因組測序會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這意味著分析一個人的DNA需要大量的計(jì)算能力。公司已經(jīng)在迅速減少測序人類基因組所需的成本和資源。但是功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)可以更快地篩選這些數(shù)據(jù)，從而使基因組測序更高效且更易于擴(kuò)展。
許多制藥業(yè)巨頭對量子計(jì)算表現(xiàn)出了興趣。例如，默克的風(fēng)險投資部門參加了2020年9月Zapata的3800萬美元B輪融資。與此同時，Biogen與量子計(jì)算軟件初創(chuàng)公司1QBit和Accenture合作，建立一個比較分子的平臺，以幫助加快藥物開發(fā)的早期階段。
2.金融
金融分析師通常依靠計(jì)算模型，這些模型建立在有關(guān)市場和投資組合表現(xiàn)方式的概率和假設(shè)中。量子計(jì)算機(jī)可以通過更快地解析數(shù)據(jù)，運(yùn)行更好的預(yù)測模型以及更準(zhǔn)確地權(quán)衡沖突可能性來幫助改善這些性能。它們還可以幫助解決與諸如投資組合風(fēng)險優(yōu)化和欺詐檢測之類的任務(wù)相關(guān)的復(fù)雜優(yōu)化問題。
金融量子計(jì)算機(jī)可能會改變的另一個領(lǐng)域是蒙特卡洛模擬-一種概率模擬，用于了解金融預(yù)測模型中風(fēng)險和不確定性的影響。去年，IBM發(fā)表了一項(xiàng)研究，該研究使用量子算法勝過傳統(tǒng)的蒙特卡洛模擬來評估金融風(fēng)險。
資料來源：IBM包括蘇格蘭皇家銀行，澳大利亞聯(lián)邦銀行，高盛，花旗集團(tuán)在內(nèi)的許多金融機(jī)構(gòu)已經(jīng)投資了量子計(jì)算初創(chuàng)公司。
有些人已經(jīng)開始看到可喜的結(jié)果。RBS全球創(chuàng)新研究負(fù)責(zé)人約翰·斯圖爾特(John Stewart)告訴《泰晤士報》，該銀行能夠使用1QBit開發(fā)的量子算法，將評估不良貸款所需的時間從幾周減少到幾秒鐘 。
3.網(wǎng)絡(luò)安全
量子計(jì)算可能會顛覆網(wǎng)絡(luò)安全。
強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)有可能破壞像RSA加密這樣的加密技術(shù)，如今這些加密技術(shù)通常用于保護(hù)敏感數(shù)據(jù)和電子通信的安全。
這種前景來自Shor的算法，這是1990年代理論化的量子算法。這項(xiàng)技術(shù)描述了一種適當(dāng)功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)(有人期望它會在2030年左右出現(xiàn))如何快速找到大量的主要因素，這是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)極其困難的任務(wù)。RSA加密依靠這個來保護(hù)在線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
但是，很多公司正在通過開發(fā)新的加密方法(統(tǒng)稱為“后量子密碼學(xué)”)來應(yīng)對這種威脅。這些方法被設(shè)計(jì)為對量子計(jì)算機(jī)更具彈性-通常是通過創(chuàng)建一個問題來解決的，即即使功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)也不會期望具有很多優(yōu)勢。該領(lǐng)域的公司包括Isara和Post Quantum等。美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)也支持該方法，并計(jì)劃在2022年之前建議一種后量子密碼學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。
圖片資料來源：Post Quantum
另一種新興的量子信息技術(shù)，稱為量子密鑰分發(fā)(QKD)，也可以從量子計(jì)算機(jī)的代碼破解能力中獲得一些喘息的機(jī)會。QKD通過使用糾纏的量子比特傳輸加密密鑰來工作。由于量子系統(tǒng)在測量時會發(fā)生變化，因此可以檢查偷竊者是否攔截了QKD傳輸。做得對，這意味著即使配備量子計(jì)算機(jī)的黑客也很難竊取信息。
盡管QKD當(dāng)前面臨著實(shí)際的挑戰(zhàn)，例如其有效距離(當(dāng)今大多數(shù)QKD網(wǎng)絡(luò)都很小)，但許多人期望它很快成為一個大行業(yè)。例如，東芝在2020年10月表示，它希望在本十年末從QKD應(yīng)用程序中產(chǎn)生30億美元的收入。
4.區(qū)塊鏈和加密貨幣
量子計(jì)算對加密的威脅擴(kuò)展到了區(qū)塊鏈技術(shù)和加密貨幣(包括比特幣和以太坊)，它們依賴于量子敏感的加密協(xié)議來完成交易。
盡管對基于區(qū)塊鏈的項(xiàng)目的具體量子威脅有所不同，但在最壞情況下的潛在后果可能很嚴(yán)重。
例如，根據(jù)德勤(Deloitte)的一項(xiàng)分析，大約25%的比特幣(目前價值數(shù)千億美元)的存儲方式很容易被配備量子計(jì)算機(jī)的小偷偷走。另一個擔(dān)心是，量子計(jì)算機(jī)最終可能強(qiáng)大到足以解密并干擾交易，然后再被網(wǎng)絡(luò)上的其他參與者驗(yàn)證，從而破壞了去中心化系統(tǒng)的完整性。
那只是比特幣。區(qū)塊鏈技術(shù)正越來越多地用于資產(chǎn)交易，供應(yīng)鏈，身份管理等領(lǐng)域的應(yīng)用。
量子計(jì)算機(jī)所帶來的巨大風(fēng)險使他們感到震驚，許多參與者正在努力使區(qū)塊鏈技術(shù)更加安全。像比特幣和以太坊這樣的已建立網(wǎng)絡(luò)正在嘗試采用抗量子方法進(jìn)行未來的迭代，已經(jīng)建立了一種新的名為抗量子賬本的區(qū)塊鏈協(xié)議，專門針對量子計(jì)算機(jī)而設(shè)計(jì)，包括QuSecure和Qaisec在內(nèi)的初創(chuàng)公司都表示他們正在努力開發(fā)面向企業(yè)的抗量子區(qū)塊鏈技術(shù)。
除非在未來幾年中更加牢固地建立后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)，否則抗量子區(qū)塊鏈可能不會完全出現(xiàn)。同時，那些運(yùn)行區(qū)塊鏈項(xiàng)目的人可能會對量子計(jì)算的發(fā)展保持緊張。
5.人工智能
量子計(jì)算機(jī)能夠解析大量數(shù)據(jù)集，模擬復(fù)雜模型并快速解決優(yōu)化問題，由此吸引了人工智能應(yīng)用的關(guān)注。
例如，谷歌表示，它正在開發(fā)將經(jīng)典計(jì)算與量子計(jì)算相結(jié)合的機(jī)器學(xué)習(xí)工具，并表示希望這些工具甚至可以與近期的量子計(jì)算機(jī)一起使用。
同樣，量子軟件初創(chuàng)公司Zapata最近表示，它將量子機(jī)器學(xué)習(xí)視為短期內(nèi)量子計(jì)算機(jī)最有希望的商業(yè)應(yīng)用之一。
盡管量子機(jī)器學(xué)習(xí)可能很快會在包括自動駕駛汽車和天氣預(yù)報在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域中提供一些商業(yè)優(yōu)勢，但未來的量子計(jì)算機(jī)可能會進(jìn)一步推動人工智能的發(fā)展。
利用量子計(jì)算的AI可以推進(jìn)諸如計(jì)算機(jī)視覺，模式識別，語音識別，機(jī)器翻譯等工具的發(fā)展應(yīng)用。
最終，量子計(jì)算甚至可以幫助創(chuàng)建以更像人類的方式運(yùn)行的AI系統(tǒng)。例如，使機(jī)器人能夠?qū)崟r做出優(yōu)化決策，并更快地適應(yīng)不斷變化的情況或新情況。
6.物流
量子計(jì)算機(jī)擅長優(yōu)化。從理論上講，一臺量子計(jì)算機(jī)可以在短短幾分鐘內(nèi)解決超級計(jì)算機(jī)要解決的復(fù)雜優(yōu)化問題。
考慮到國際運(yùn)輸路線和協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈中涉及的極端復(fù)雜性和變量，量子計(jì)算可以很好地定位以幫助應(yīng)對艱巨的物流挑戰(zhàn)。
DHL已經(jīng)開始關(guān)注量子計(jì)算機(jī)，以幫助其更高效地包裝包裹并優(yōu)化全球交付路線。該公司希望在提高服務(wù)速度的同時，還可以更輕松地適應(yīng)變化，例如取消的訂單或重新安排的交貨時間。
其他人則希望使用量子計(jì)算機(jī)來改善交通流量，這種功能可以幫助運(yùn)載工具在更短的時間內(nèi)完成更多的停留。
資料來源：大眾汽車
例如，大眾汽車與D-Wave Systems合作，去年進(jìn)行了一項(xiàng)試點(diǎn)，以優(yōu)化葡萄牙里斯本的公交線路。該公司表示，每輛參與的巴士都被分配了一條單獨(dú)的路線，該路線會根據(jù)交通狀況的變化進(jìn)行實(shí)時更新。大眾汽車表示，它打算在未來將該技術(shù)商業(yè)化。
7.制造和工業(yè)設(shè)計(jì)
量子計(jì)算也引起了大型制造商對制造和工業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)注。
例如，全球航空航天公司空中客車公司(Airbus)于2015年成立了量子計(jì)算部門，還投資了量子軟件初創(chuàng)公司QC Ware和量子計(jì)算機(jī)制造商IonQ。
該公司正在研究的領(lǐng)域之一是用于數(shù)字建模和材料科學(xué)的量子退火。例如，一臺量子計(jì)算機(jī)可以快速過濾掉無數(shù)個變量，以幫助確定飛機(jī)最有效的機(jī)翼設(shè)計(jì)。
包括戴姆勒和三星在內(nèi)的其他公司已經(jīng)在使用量子計(jì)算機(jī)來幫助研究用于制造更好電池的新材料。
IBM還已將制造業(yè)確定為其量子計(jì)算機(jī)的目標(biāo)市場，并將重點(diǎn)放在材料科學(xué)，控制流程的高級分析以及風(fēng)險建模等領(lǐng)域作為該領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用。
擇IBM設(shè)想的用于量子計(jì)算的制造應(yīng)用程序。資料來源：IBM
盡管隨著未來幾年功能越來越強(qiáng)大的機(jī)器的出現(xiàn)，量子計(jì)算可能只會在制造業(yè)中逐步實(shí)現(xiàn)，但包括機(jī)器學(xué)習(xí)初創(chuàng)公司Solid State AI在內(nèi)的一些公司已經(jīng)在為該行業(yè)提供量子支持的服務(wù)。
8.農(nóng)業(yè)
量子計(jì)算機(jī)可以通過幫助更有效地生產(chǎn)肥料來促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。全世界農(nóng)業(yè)上幾乎所有使用的肥料都依靠氨。更有效地生產(chǎn)氨(或替代品)的能力將意味著更便宜，能源消耗更少的肥料。反過來，更容易獲得更好的肥料可以幫助養(yǎng)活地球上不斷增長的人口。
根據(jù)CB Insights的行業(yè)分析師共識，到2025年，氨的需求量很高，估計(jì)將成為770億美元的全球市場。
由于改進(jìn)催化劑的合成或替代方法的進(jìn)展很少，因?yàn)榭梢詭椭覀儗?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的催化劑組合的數(shù)量非常多，這意味著我們從本質(zhì)上仍然依賴于1900年代的能源密集型技術(shù)，即哈伯-博世過程。
使用當(dāng)今的超級計(jì)算機(jī)來確定制造氨的最佳催化組合將需要幾個世紀(jì)的時間來解決。
但是，可以使用功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)來更有效地分析不同的催化劑組合(模擬化學(xué)反應(yīng)的另一種應(yīng)用)，并幫助找到更好的產(chǎn)生氨的方法。
此外，我們知道，植物根部的細(xì)菌每天都會利用一種稱為氮酶的分子以非常低的能源成本生產(chǎn)氨。這個分子超出了我們最好的超級計(jì)算機(jī)的模擬能力，因此無法更好地理解，但它可能未來的量子計(jì)算機(jī)可以解決這個問題。
9.國家安全
世界各地的政府都在量子計(jì)算研究計(jì)劃上投入大量資金，部分目的是為了增強(qiáng)國家安全。
量子計(jì)算機(jī)的國防應(yīng)用可能包括間諜代碼破解，運(yùn)行戰(zhàn)場模擬以及為軍用車輛設(shè)計(jì)更好的材料等。
去年，美國政府宣布對由能源部運(yùn)營的量子技術(shù)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行近6.25億美元的投資，包括微軟，IBM和洛克希德·馬丁公司在內(nèi)的公司也為該計(jì)劃提供了總計(jì)3.4億美元的投資。
美國正在對包括量子計(jì)算在內(nèi)的量子信息科學(xué)(QIS)研究進(jìn)行更多投資。資料來源：美國國家量子協(xié)調(diào)局
同樣，中國政府已向眾多量子技術(shù)項(xiàng)目投入了數(shù)十億美元，而一個駐扎在該國的團(tuán)隊(duì)最近聲稱在量子計(jì)算方面取得了突破。
盡管不確定量子計(jì)算何時能在國家安全中發(fā)揮積極作用，但毫無疑問，沒有哪個國家愿意落后于其競爭對手的能力。新的“軍備競賽”已經(jīng)開始。
來源：CB Insights、藍(lán)海長青智庫
（轉(zhuǎn)載）
