量子计算将如何改变世界

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　　许多公司都在密切关注着量子计算，因为量子计算正在迅速成为现实。使用量子计算将显著提高其业务流程的有效性和效率，许多人期待着它的巨大好处。

　　事实上，在全球范围内，以谷歌、微软和英特尔为首的公司和政府投入了数十亿美元[1]用于量子技术的研究和开发，试图引领潮流。

　　作为企业家和高管，我们有责任让自己了解这些机器的现实情况以及它们可能产生的潜在后果，它们带来的并不全是好消息。

　　如果我们想要利用这种新兴技术为我们服务，并使其对我们的组织产生长期的正面影响，那么我们就应该尽可能地教育自己来了解这个新的现状。

　　让我们看看什么是量子计算，以及我们如何使用量子计算机来实现现实的想法。

　　量子力学：它是什么？

　　一般来看，量子力学研究的是一些微小的事物。它旨在以一种重新定义我们迄今为止理解的方式来解释原子和分子的行为。

　　研究人员正在寻找操纵量子行为的方法，这将有助于推动量子领域的发展并开发新的应用。因此，量子物理学现在受到了很多关注，我认为它将推动我们未来的工作方式。

　　量子技术正在改变我们所知的世界。 然而，量子传感器、量子计算机和量子安全仍然是近年来出现的新技术，但已经向我们展示了它们令人难以置信的潜力。

　　量子计算机可以进行高速和精确的分子模拟，使其成为加速发现新材料（包括新药物、太阳能电池板和聚合物）的重要工具。

　　这些机器可能会在几年内实现所谓的“量子优势[2]”，这意味着它们可以比传统计算机更好地执行特定的实际任务。

　　量子计算与经典计算

　　量子计算是技术世界中一个新兴的领域。它扩展了经典计算，但采用了不同的方法来解决问题。

　　它的概念可以追溯到 20 世纪 80 年代，但直到最近几年，我们才意识到它的巨大潜力，只要它能进一步发展并在我们的日常生活中实施。

　　量子计算是一种有潜力解决现代计算机无法解决的问题的计算形式。量子计算使用 Qubits 代替 Bits ，这使得它可以同时处于多种状态。这种所谓的叠加状态意味着 Qubits 可以同时以 1 和 0 两种状态存在，这不同于使用晶体管的传统计算机，传统计算机只能是 1 或 0。

　　量子计算的主要优势在于能够同时处理不同维度的数据。这一特性使量子计算机可以同时执行许多计算，并且以指数级增加它们的处理能力，从而解决在传统计算机上不可能解决的复杂问题。随着更多的 Qubits 被连接起来，量子计算机的能力会显著提高。

　　量子计算将如何帮助我们？

　　我们主要需要量子计算机来解决我们用经典计算机无法解决的复杂问题。第一个问题是优化，即你想从许多可能的答案中找到最佳解决方案。你拥有的可能性越多，找到问题的最佳解决方案就越困难，但这是一个非常适合量子计算机的任务。

　　第二个问题是模拟，当你想了解某个东西是如何工作的，而又无法进行物理接触，而且你想要模仿现实。例如，你想要使用数字孪生体来模拟行星地球的复杂行为[3]或分析天气模式，这对于复杂的数字孪生[4]体特别有用。

　　量子计算机是数据处理的新前沿。它们将能够解决目前无法解决的问题，并在许多领域的研究中获得长足的进步。在未来，我们可能会看到量子计算机应用于医学、基因组学、化学、物理学和其他许多领域。然而，它们也会对社会产生不利影响，因为一台足够强大的量子计算机将能够破解所有现有的数据加密[5]，这就是为什么我们迟早需要后量子加密的原因。

　　量子计算机如何工作

　　这个概念一开始可能很难理解，但 qubits 可以同时进行大量的计算（甚至超过传统计算机的计算能力），这可以大大加快解决问题的整个过程。这意味着，在处理某些特别具有挑战性的问题时，量子计算[6]比普通计算快得多。为了说明这一点，2021年，来自量子计算公司 D-Wave 的研究人员展示了量子计算机如何以比普通计算机快 300 万倍的速度解决一个存在数十年的问题[7]。

　　这不仅限于这些计算机的运行速度，还包括更复杂的操作，它们可以比传统计算机更有效地处理这些操作。例如，它可以计算传统计算机无法计算的因素。量子计算可以计算一个 500 位数的元素，这是传统计算机无法做到的[8]。

　　计算 500 位以上的数字对传统计算机来说是具有挑战性且耗时。另一方面，500位数的大数因式分解的进展是一个更快的过程，进而提高了量子计算机的性能。

　　麻省理工学院应用数学教授、著名的 Shor 算法发明者 Peter Shor 表示[9]，其结果是在组织内不断加快决策过程，这使得他们在更短的时间内能产生更准确的结果。

　　Shor 的工作在量子计算领域至关重要。例如，他在 1994 年通过该算法证明了整数分解问题可以在量子计算机上有效解决，推动了这个领域未来几年的重要进展。

　　量子计算将如何改变世界？

　　医药行业

　　在生物制药行业，量子计算有可能彻底改变分子研究和开发，并为下游生产提供价值。

　　例如，新药的平均成本为 20 亿美元[10]，在发现后需要十多年的时间才能进入市场。量子计算可以减少对反复试验的依赖，并通过分析大量数据来发现和组合全新的分子，从而提高药物发现、药物设计和毒性测试的效率。

　　更快、更有效地为合适的患者提供产品会更容易。换句话说，这将改善更多患者的生活。这一里程碑在精准医疗领域可能实现，该领域旨在改变其诊断、治疗和预防疾病的方式。在过去的几年里，我们见证了越来越多的个性化医疗相关设备或应用程序的发展。

　　随着量子技术、生物信息学、边缘计算和人工智能的结合，可以想象在未来个性化医疗将成为现实[11]。

　　利用量子模拟，专家们可以同时研究分子、蛋白质和化学物质的组合，从而可以更快、更便宜地开发药物，而这对于一般的计算机可能需要数千年才能完成这项工作。

　　罗氏（Roche ）制药公司的科学家们希望，量子模拟将加快药物和疫苗的开发[12]，以预防诸如 Covid-19 、流感和癌症等疾病，甚至可能找到治疗阿尔茨海默病的方法。

　　此外，量子模拟可以取代实验室实验，降低研究成本，减少动物试验和人体试验[13]。无论出于何种目的，量子模拟都可以更快地获得更有把握的有效结果。

　　此外，量子计算还可以使该行业的生产、物流和供应链受益。随着量子计算机捕获和分析更多的数据来进行开发，优化物流策略[14]。这样一个复杂系统可以为组织提供变量、场景和备选方案，以优化其流程。

　　化工

　　量子计算也可以使化工企业在生产、研发和供应链运作方面受益，例如，改进催化剂的设计。催化剂是一种能提高化学反应速度的物质，但在这个过程中不会被耗尽。换句话说，它们提供了足够的燃料，使反应更快发生，并使它们更有效率。

　　可以通过以更加放大和现实的方式计算和分析材料的特性，在原子和亚原子水平上分析有关材料发生什么化学反应，进而生成或找到催化剂[15]。此外，量子计算机的强大功能能让通常已知的化学反应更快和更多地同时发生。

　　开发新的和改进的催化剂可以减少生产过程中的能源使用。这些新催化剂可能有助于我们减少对石化产品的依赖，并使用可持续物质作为原料。此外，开发这些催化剂可以使碳无害化，同时开启新的可能性。

　　金融

　　量子计算机也为金融领域的全新可能性打开了大门——从更深入的分析到更快的交易。许多大型机构使用量子计算来提高贸易、交易和数据速度[16]。

　　摩根大通（JPMorgan Chase）[117]等银行一直在尝试使用量子技术，看看是否能在他们的业务中使用它。例如，摩根大通与三星、IBM等其他世界知名的公司合作，使其成为“Q网络”的一部分。

　　通过成为该网络[18]的一部分，这些公司可以使用 IBM 公司近年来生产的 20 台 qubit 计算机。

　　此次合作旨在展示量子计算机在商业领域的潜力和有效方式，通过开发应用程序证明它们具有商业优势，它们在量子上运行，而不是使用基于硅芯片的传统计算机。

　　这些应用程序可以改善潜在的领域，包括金融业的财务建模和风险分析。对于银行来说，这将意味着降低成本和加快交易速度，从而使银行和客户都受益。

　　到目前为止，这些实验还处于初始阶段，而全球范围内更多的银行正在加入上述 IBM 的计划，量子计算机将在未来几年证明所能带来的预期结果。

　　量子计算的 3 个商业优势

　　量子计算具有几乎无限的商业潜力。例如，它可以帮助公司寻找创新或创造新产品的新方法[19]，这类似于它帮助寻找新的催化剂或分子。此外，这项技术可以帮助公司改善他们的供应链，并制定更好的客户服务策略。

　　数据科学家和量子计算专家 Johannes Oberreuter 解释[20]了量子计算如何让商业问题以结构化的方式呈现，它类似于愿望清单，将包含所有的复杂性。一个所谓的目标函数对所有这些问题进行编码，以结构化的方式解决这些问题。

　　当我们知道我们企业的障碍或问题的根源时，我们可以制定更好的战略和行动计划来消除它们，从而提高企业的绩效。出于这个原因，量子计算机可以成为一种有益的资产，提高我们的业务。

　　这是一个有潜力改变世界的新领域。让我们看看你的企业如何能从中受益。

　　收入增加

　　如果你能从大量的数据集中更快、更准确地分析数据，你可能会发现更多的营销和销售机会。

　　因此，你可以通过识别特定的市场趋势和预测企业的未来来调整你的营销和销售策略。

　　量子计算机的一个主要优势是具有处理数据的非凡能力，这可以为企业主提供公司成功的最佳解决方案。

　　2021 年的一项研究[21]显示，21% 的受访公司认为，收入增长是量子计算机可以提供的主要好处之一。

　　这项研究的数据表明，所有行业都高度重视量子计算的能力，以解决大规模的优化问题。例如，这项技术可以帮助公司优化物流、供应链和调度，找到更好的方式来管理资源和提高底线。

　　降低成本

　　继续上述想法，来自量子计算机的数据分析可以让你运行更有效的广告活动。它将为你提供效果较好的策略信息，避免那些效果较差的策略。

　　量子计算机致力于优化流程[22]、产品、服务等，它们可以让我们能够做出更合适的决定，减少在运营费用、人员、管理软件等方面的支出。

　　换句话说，量子计算机给我们提供了系统化的、准确的和有帮助的信息，使我们能够覆盖更多的流程，并确定我们业务中哪些是有效的，哪些是无效的。

　　这样一来，公司就能减少对生产和销售成本的投资，可以更好地利用由此获得的利润[23]。

　　长期以来，使用量子计算来解决生产效率低下的问题一直是一个争论的话题，因为许多人不了解它们的工作原理。其他人仍然对它的真正潜力和承诺持怀疑态度[24]，因为它听起来好得不像真的。

　　在日常业务运营中使用量子计算的一个现实例子是，可以从你的现有数据中确定你的生产、产品交付，甚至是员工调度的效率。

　　总部位于怀俄明州的 SavantX 公司就是这样的例子，该公司利用加拿大公司 D-Wave 系统的服务，来更有效地安排运输集装箱，以便与进站的卡车和火车进行整合。

　　在 D-Wave 公司的帮助下，SavantX 公司开始使用他们的超级优化节点效率（HONE）技术来优化港口项目，比如洛杉矶港的 Pier 300 集装箱码头。如果不使用量子计算，这些优化是不可能的。

　　减少在基础设施上的花费

　　许多人对此持怀疑态度，但量子计算机也的确可以帮助你节省物理基础设施的费用。

　　假设你从事运输行业的工作——量子计算机可以快速准确地分析历史数据，帮助你规划路线，以达到最佳效果。例如，在一天中的特定时间增加更多的路线或创建更多的送货服务可以节省你的金钱，并且不会忘记考虑司机的工作时间。

　　目前，你可以通过预测性和规范性分析获得这些数据。然而，量子计算机开发框架的潜在能力可能很快就会发生，这种框架可以让机器理解现实以及事物如何工作，从而提供适合你需要的解决方案。

　　量子计算机如何能帮助我做到这一点？

　　这很容易。它的操作是非常复杂并具有价值，它将使你在实践你所实施的物流时，有效地研究和分析客户的消费模式和交通趋势。通过量子计算机，我们可以获得更具体和个性化的解决方案，以适应、解决或创造行动，帮助我们解决当前的问题或瓶颈，使我们长期受益。

　　其结果将是对正在发生的事情进行详细的分析，这将使你能够制定更好的战略或运营计划来优化您的业务并使其更有利可图。

　　结语

　　很快，量子计算机将对全球组织产生重大影响，以我们还没有完全掌握的方式改变技术。现在是时候让企业仔细研究他们可以做些什么来拥抱这种新技术，并确保他们的劳动力为即将到来的东西做好准备。

　　量子计算是一种利用物质的量子力学特性来进行计算的计算技术。它们不同于传统的数字计算机，因为它们使用量子比特（quantum bits）或 qubits，可以同时表示 0 和 1。

　　量子计算的强大之处在于，它可以解决经典计算机需要比宇宙寿命更长的时间才能解决的问题。它将能够在较短的时间内处理问题，且获得的结果更快、更准确。

　　量子计算有许多潜在用途，如量子工程、密码学、机器学习、人工智能、模拟和优化。它可以通过加快化学反应或蛋白质折叠模拟来加速药物发现和帮助医学研究。

　　了解量子计算可能给社会带来的问题也很重要。最显著的挑战是，如果组织没有准备好从今天的加密算法过渡到后量子算法[25]，量子计算将能够击溃目前的加密系统[26]，使组织容易受到数据盗窃的影响。

　　如果这个问题没有得到解决，那么量子计算所带来的许多好处和承诺将毫无意义。

　　虽然第一台室温量子计算[27]已经问世，但是量子计算机何时能够变得易于访问和使用仍然很难预测。然而，就像目前经典计算机的情况一样，至少需要几年时间才能完全大众化。这一方向的一个例子是加拿大公司 D-Wave 的倡议，该公司目前正在开发和商业化与量子计算有关的系统、软件和服务。

　　量子计算是技术的未来，可能是未来工作的一个关键组成部分，尤其是在与其他技术融合时。因此，公司应该拥抱量子计算，或至少了解该技术，以便在各自的行业与时俱进。