【量子计算】量子计算机即将到来。做好准备，他们会改变一切

量子计算机还没有创造商业价值，但CIO们应该抓紧时间参与进来。

但加拿大杂货连锁店“省购”(save - on - food)出人意料地成为了一个先锋，它利用量子技术改善了店内物流管理。在与量子计算公司D-Wave的合作中，“节省食物”使用了一种新型计算技术，这种技术基于物质在量子水平上彻头彻尾的怪异行为。它已经看到了有希望的结果。

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。两个月内，这一概念就被转化为一种混合量子算法，可以在其中一家超市商店中运行，将某些任务的计算时间从每周25小时减少到仅几秒。

save - on - food正在考虑将这项技术推广到其他商店，并探索量子技术帮助解决其他问题的新方法。“我们现在有能力通过调整变量来运行测试和模拟，并查看结果，这样我们就可以优化性能，这是用传统方法无法实现的，”一名节省食物的发言人告诉ZDNet。

“虽然结果很出色，但最重要的是，我们能够使用量子计算来解决整个组织中最复杂的问题，而且可以持续进行。”

量子计算的非凡特性可以归结为量子位元的行为。量子位元是用0和1组成的字符串为今天的计算机编码信息的经典比特的量子等效物。但与可以用0或1来表示的比特相反，量子位可以呈现出一种量子特有的状态，在这种状态下，它们以0和1并行或叠加的形式存在。

因此，量子位使量子算法能够以指数尺度同时进行各种计算:量子位越多，可以研究的变量就越多，而且所有这些都是并行的。一些最严重的问题，用单态位元需要花费传统计算机数万年的时间来解决，但量子位元可以在几分钟内解决。

挑战在于如何建造量子计算机，使其包含足够的量子位，以进行有用的计算。量子位是喜怒无常的:它们容易出错，难以控制，总是处于脱离其量子状态的边缘。通常情况下，科学家必须将量子计算机装入极冷的大型冰箱中，以确保量子位保持稳定。至少可以说，这是不切实际的。

从本质上说，这就是量子计算仍处于初期阶段的原因。目前，大多数量子计算机的量子位小于100,IBM和谷歌等科技巨头都在竞相增加量子位，以便尽早制造出有意义的量子计算机。最近，IBM雄心勃勃地公布了一个百万量子位系统的路线图，并表示希望在未来10年内实现容错量子计算机。

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

当然，科技公司都在竞相被视为早期的领导者。IBM的Q网络于2016年开始运行，为开发人员和行业专业人士提供访问该公司量子处理器的机会。上个月，该平台上发布了最新的一款名为“蜂鸟”(Hummingbird)的65 qubit量子处理器。最近，美国跨国公司霍尼韦尔(Honeywell)在量子领域迈出了第一步，让客户可以通过云使用该公司的追踪量子计算机。自2017年开始运营的Rigetti Computing公司还提供基于云计算的访问31量子位量子计算机的服务。

另一种被称为量子退火的方法，特别适用于优化任务，比如“节省食品”所面临的物流问题。事实证明，D-Wave是这一领域的热门选择，它自2010年起就提供了云上的量子annealer，现在已经升级为5000量子比特强处理器。

量子退火处理器比IBM、霍尼韦尔和瑞格蒂正在研制的被称为gate-model量子计算机的设备更容易控制和操作。这就是为什么D-Wave团队已经击中了更多数量的量子位元。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达到成熟时，这项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所包围，这些公司充当着与客户打交道的中介。例如，Zapata、QC Ware或1QBit提供了从软件栈到培训的各种工具，以帮助商业领袖开始进行量子实验。

换句话说，量子生态系统充满活力，而且发展迅速。Ostojic说:“在量子最有可能被彻底颠覆的行业中，公司现在就应该参与量子技术。”

据这位分析师说，量子技术的指数计算能力将在许多领域改变游戏规则。量子比特以其前所未有的解决优化问题的能力，将使任何拥有供应链和分销路线的组织受益，同时通过使投资组合收益最大化，将撼动整个金融行业。注入量子的人工智能也有巨大的前景，模型预计将受益于对更大数据集的更好训练。

一个例子是:通过模拟传统计算机无法处理的复杂分子间的相互作用，量子位可以让生物技术公司快速发现新药和新材料。例如，微软已经展示了量子计算机如何帮助生产高产肥料。这可能会对农业部门产生巨大影响，因为农业部门面临着在未来数年持续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、银行和网络安全常常被认为是量子技术可以显著改变的领域。Ostojic说:“原则上，量子技术将与所有首席信息官相关，因为它将加速一系列问题的解决。”“这些公司需要成为量子能力的所有者。”

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为量子技术可能改变的领域的例子。

这里有一个警告。没有哪个CIO能指望从当前形式的量子计算中获得太多的短期价值。无论量子产业如何快速发展，这个领域仍然被量子位的不稳定性所定义，这仍然极大地限制了量子计算机的能力。

IBM欧洲量子研究中心科技主管Heike Riel坚持认为:“目前，量子计算机解决任何问题的速度都没有经典计算机快，这对CIO来说很有价值。”“但你必须非常小心，因为技术发展很快。突然之间，可能会有足够的量子位元来解决一个问题，而这个问题对用量子计算机做生意的企业来说很有价值。”

当那一天到来的时候，已经为量子计算能力做了准备的公司和没有做准备的公司之间将会出现分歧。瑞尔解释说，这是那些已经在摆弄量子技术的商业领袖所面临的风险。尽管没有首席信息官期望量子技术在未来5到10年内带来价值，但最具前瞻性的企业已经在期待量子技术最终将带来的创新浪潮——因此，当量子技术真的出现时，他们将是第一个从中受益的企业。

这意味着计划人员、技能和项目，并建立对量子计算如何帮助解决实际业务问题的理解。Riel说:“这是不同行业正在进行的大量工作，以找出真正的问题是什么，哪些问题可以用量子计算机而不是传统计算机来解决，哪些问题在价值方面会有很大的不同。”

瑞尔举了电池研发量子模拟的例子，汽车制造商戴姆勒(Daimler)等公司正在与IBM合作进行研究。为了提高电动汽车电池的容量和充电速度，戴姆勒公司的研究人员正在研究新一代锂硫电池，这种电池需要各种化合物在最稳定的配置下排列。为了找到分子的最佳位置，必须模拟构成化合物分子的粒子之间所有可能的相互作用。

目前的超级计算机可以完成简单分子的这项任务，但有朝一日，大规模量子解决方案可能会在开发更复杂化合物方面开辟新领域，而这些化合物是制造更好电池所必需的。

“当然，由于量子计算机的尺寸有限，目前我们用量子模拟的分子尺寸很小，”Riel说。“但当我们扩大下一代量子计算机的规模时，尽管分子很复杂，我们还是可以解决这个问题。”

类似的想法使得石油和天然气巨头埃克森美孚加入了目前正在使用IBM基于云计算的量子处理器的公司网络。埃克森美孚于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。

公司战略研究总监Amy Herhold解释说，在过去的一年里，埃克森美孚公司的科学家们一直在利用IBM的量子能力来模拟宏观材料特性，比如热容。到目前为止，该团队一直专注于最小的分子——氢气，现在正在研究如何随着硬件的发展将该方法扩大到更大的分子。

她说，在量子计算转化为可观察的商业影响之前，还有许多里程碑需要实现。企业将需要获得更大、错误率更低的量子计算机，以及能够解决关键问题的合适量子算法。

“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，量子位噪声太大——但这个领域正在迅速发展，”Herhold告诉ZDNet。“我们知道，在硬件和算法方面，研发都是至关重要的，考虑到这与传统计算的不同，我们知道建立我们的内部能力需要时间。”这就是我们决定开始的原因。”

赫霍尔德预计，量子硬件将在未来五年内快速增长。这传递出的信息是明确的:届时，埃克森美孚的研究团队将做好准备。

对量子技术表现出热切兴趣的一个行业是金融业。从摩根大通(JP Morgan Chase)与IBM和霍尼韦尔(Honeywell)的合作，到西班牙对外银行(BBVA)使用Zapata的服务，各家银行都在积极探索量子比特的潜力，而且都有充分的理由。量子计算机能够考虑到指数级高数量的因素和变量，从而能够更好地预测金融风险和不确定性，并提高关键操作的效率，如投资组合优化或期权定价。

与其他领域相似，大多数研究都致力于探索金融行业的概念验证。事实上，在解决更小的问题时，科学家们仍然使用量子算法和经典计算机来验证结果。

霍尼韦尔量子解决方案(Honeywell quantum Solutions)总裁托尼•厄特利(Tony Uttley)在描述金融领域的量子期权定价过程时解释道:“经典的模拟器有一个精确的答案，因此你可以用量子计算机来检查是否得到了这个精确的答案。”

你最好是这样，因为一旦我们跨越了这个界限，我们将无法再进行传统模拟，你最好相信你的量子计算机正在给你正确的答案。因为这是你将会带入你的业务流程的东西。”

目前致力于量子解决方案的公司正专注于Uttley所说的“价值创造之路”。换句话说，他们正在利用量子能力来解决小规模的问题，在这样做的同时建立对这项技术的信任，同时等待能力的增长和更大的问题的解决。

在许多领域，大部分研究致力于探索量子计算在工业中的概念证明。

Uttley认为，尽管cio们希望从量子服务中获得短期价值可能很诱人，但着眼于更长的时间尺度更现实。“想象一下，你有一把锤子，有人告诉你，他们想用锤子建一个大学校园，”他说。“好吧，看看你的锤子，你应该问问自己，它需要多长时间来建造它。”

量子计算有可能在未来几年内将锤子演变成钻机，然后再演变成塔式起重机。cio面临的挑战是，现在就为他们所使用的工具得到科学家和业界人士所期待的戏剧性的提升做好计划。

很难说这种刺激将在何时到来。IBM的路线图宣布，该公司将在2023年达到1000个量子比特，这可能标志着在制药和化学领域早期价值创造的开始，感谢小分子的模拟。虽然具体的时间还不确定，但Uttley坚持认为参与这个角色永远都不会太早。

他表示:“具有前瞻性的公司已经有了专注于此的团队，一旦我们跨过创造价值的门槛，公司就会准备好利用这一点。”所以我想说的是:现在就投入。容量不足，如果你不是在队伍的最前面，可能需要很长一段时间才能进去。”

创建业务价值是每个CIO的首要任务。与此同时，每次有新的创业公司出现，简化软件基础设施，帮助非专业人士开始使用量子计算技术时，进入量子计算的门槛就会降低。所以我们必须抓紧时间拥抱这项技术。当量子革命到来的时候，要想在这场革命中获得一个一流的地位，很可能是值得的。

原文：https://www.zdnet.com/article/quantum-computers-are-coming-get-ready-for-them-to-change-everything/

本文：http://jiagoushi.pro/node/1306

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