Вплив на бізнес

Цілі навчання

До кінця цього модуля ти повинен вміти:

• Визнавати переваги вивчення квантових обчислень вже зараз.
• Визначати галузі та застосування, де квантові обчислення показують перспективу.

Потенційні галузеві застосування квантових технологій

Класичні суперкомп'ютери важко справляються з задачами, де є багато змінних, що взаємодіють складним чином, — наприклад, моделювання поведінки молекул. Ці класичні обмеження стримують прогрес у широкому спектрі галузей і перешкоджають важливим дослідженням у фізиці, хімії, матеріалознавстві та ін.

Щоб зрозуміти, як поводитиметься молекула, вченим часто доводиться синтезувати її та проводити досліди в реальних умовах. Щоб побачити, як незначна зміна вплине на її поведінку, зазвичай потрібно синтезувати нову версію і повторити експеримент. Це дорогостоящий та трудомісткий процес. Він перешкоджає розробці міцніших, легших матеріалів для авіакосмічної промисловості, обмежує еволюцію напівпровідників і стримує прогрес у медичній науці. Квантові технології можуть допомогти подолати бар'єри складності.

Очікується, що квантові технології матимуть найбільший вплив у таких галузях, як машинне навчання, симуляція природних систем та створення корисних нових матеріалів.

IBM® досліджує галузі, де очікується можливість для квантових обчислень. На зображенні нижче перелічено кілька варіантів використання для різних галузей, а наступні розділи уроку описують, як деякі з наших партнерів досліджують ці застосування.

Розподіл і логістика

Коли ти думаєш про суперкомп'ютери, можеш уявляти національні лабораторії. Але чи знав ти, що один із найпотужніших суперкомп'ютерів експлуатує Walmart? Як зазначає стаття McKinsey, транспорт, перевезення та логістика демонструють перспективи для квантових обчислень.

Багато найбільших обчислювальних систем призначені для розв'язання задач оптимізації та ШІ в авіаційній, логістичній, роздрібній та споживчій галузях. Великі та складні задачі оптимізації та симуляції сценаріїв виникають у мережевому плануванні, маршрутизації, розкладі, ціноутворенні, завантаженні вантажу та управлінні збоями. Забезпечення незабутнього досвіду клієнтів шляхом подачі персоналізованого контенту та своєчасних релевантних рекомендацій ґрунтується на моделях ШІ, що постійно вдосконалюються. Однак проблема складності зазвичай масштабується експоненційно зі збільшенням розміру задачі.

NC State у співпраці з Delta Air Lines дослідила застосування квантових технологій для оптимізації розкладів авіаційних воріт. Потенційні варіанти використання для авіаліній включають ефективнішу симуляцію управління збоями, мережеве планування та оптимізацію авіаційних вантажів.

Для логістичної галузі, яка стикається із значним прискоренням у галузі онлайн-торгівлі, квантові комп'ютери можуть бути здатні підтримувати глобальну оптимізацію маршрутизації та часту переоптимізацію для створення прибуткових мультимодальних транспортних послуг та доставки «останньої милі». Квантові обчислення можуть допомогти симулювати наслідки логістичних збоїв із більшою точністю та підтримувати сталі логістичні процеси, наприклад оптимізацію контейнерних перевезень.

Інтегровані класично-квантові рішення можуть покращити профілювання клієнтів та релевантні рекомендації наступної найкращої дії для роздрібної та споживчої продуктової промисловості. Безперервні інновації нових продуктів є ключовим фактором для цих галузей, і квантові обчислення можуть відіграти критичну роль у розробці та тестуванні нових продуктів. Оптимізація ланцюга поставок може краще підтримувати зусилля компаній щодо управління складністю та балансу між дефіцитом та надлишком запасів.

Квантові комп'ютери надають інструмент для погляду на ці задачі інакше. Вчені продовжують експериментувати з кращими алгоритмами для застосування до цих задач. В очікуванні комерційних квантових обчислень провідні компанії визначають і тестують варіанти використання, що формують власні квантові компетенції. Що ефективніше спроектований варіант використання, то більша ймовірність забезпечення ділової цінності. Візьмемо, наприклад, варіант використання розплутування операційних збоїв у розкладах авіаліній та укомплектуванні персоналом. Цей варіант є перспективним, оскільки має потенціал запропонувати проривне рішення для ключової бізнес-задачі в майбутньому; існує наявна, хоча й не оптимальна, класична альтернатива; і квантові алгоритми вже показали ефективність у виборі найкращих сценаріїв у симуляціях Монте-Карло, що використовуються в банківській справі та фінансах. Стратегічні варіанти використання, подібні до цього, враховують короткострокову технічну здійсненність; розглядають потенціал квантових обчислень для перевершення класичних альтернатив; та оцінюють прогнозований вплив на бізнес, визначений ринковими результатами, конкурентними наслідками та фінансовим впливом. Для деяких ключових бізнес-задач навіть незначна перевага може мати значний вплив.

Ознайомся з цим

Переглянь ці ресурси, щоб дізнатися більше про варіанти використання квантових обчислень у роздрібній та споживчій продуктовій, а також транспортній галузях.

• Прочитай звіт IBM про вивчення варіантів використання квантових технологій для авіаліній: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Airlines."
• Прочитай звіт IBM Institute for Business Value про квантову логістику: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Logistics."

Фінансові послуги

Банківська справа, фінансові ринки та страхові компанії — це управління ризиками. Гіганти Уолл-стріт, такі як JPMorgan Chase та Goldman Sachs, сподіваються, що квантові обчислення дадуть їм перевагу у ймовірностях, дозволяючи краще управляти ризиками та можливостями, пов'язаними з їхніми портфелями. Квантові комп'ютери також можуть допомогти фінансовим фахівцям вдосконалити симуляції Монте-Карло — математичні моделі, що передбачають можливі результати складних дерев рішень для максимізації прибутку. Інші галузі квантових досліджень включають виявлення шахрайства, протидію відмиванню грошей, кредитний скоринг, точне профілювання клієнтів, ефективніше управління ризиками та оптимізацію моделей ціноутворення.

Дослідники IBM розробили квантовий алгоритм, що перевершує традиційний підхід вибірки Монте-Карло. У симуляції Монте-Карло комп'ютер бере багато випадкових вибірок із заданого розподілу ймовірностей, щоб побачити, який результат є найбільш імовірним. Зменшення похибки у передбаченому результаті симуляції Монте-Карло в $1/X$ разів потребує в $X^2$ разів більше традиційних вибірок, але лише в $X$ разів більше квантових вибірок. Вплив цього твердження можна розглядати двояко: (1) можна досягти фіксованого рівня довіри швидше за допомогою квантового комп'ютера, або (2) за фіксований час квантовий комп'ютер може дати більшу впевненість у відповіді, ніж класичне рішення Монте-Карло.

Згідно зі звітом "Getting Your Financial Institution Ready for the Quantum Computing Revolution" IBM Institute for Business Value, фінансові установи досліджують квантові обчислення для драматичного прискорення надзвичайно складних розрахунків та покращення точності. З цією метою дослідники IBM створили квантовий фінансовий симулятор для ціноутворення опціонів. Використовуючи програмні інструменти та квантові алгоритми, розроблені IBM для ціноутворення опціонів, що масштабуються краще за традиційні методи, члени мережі IBM Quantum® Network експериментують із фінансами та квантовими обчисленнями.

JPMorgan Chase у партнерстві з IBM Quantum займається прогнозуванням ціни фінансових опціонів та покращенням виявлення шахрайства і визначення кредитоспроможності.

PayPal у партнерстві з IBM вивчає, як використовувати квантові обчислення для виявлення шахрайства, операцій з кредитними ризиками та загального стану безпеки.

HSBC працює з IBM для прискорення готовності до квантових обчислень. HSBC планує вивчити використання квантових обчислень для ціноутворення та оптимізації портфелів, просування цілей нульових викидів та зменшення ризиків і шахрайської діяльності. Дізнайся більше з цієї статті: "HSBC Working with IBM to Accelerate Quantum Computing Readiness."

Ознайомся з цим

• Дізнайся про варіанти використання квантових обчислень у фінансових послугах, прочитавши цей звіт IBM Institute for Business Value: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Financial Services."

• Для огляду технічних методів квантових обчислень, застосовних до фінансів, зверніться до цієї статті команди IBM Quantum, опублікованої в IEEE Transactions of Quantum Engineering: "Quantum Computing for Finance: State-of-the-Art and Future Prospects."

Охорона здоров'я та науки про життя

У цьому секторі існує різноманітність обчислювально інтенсивних задач, підживлених вибухом даних реального світу та геномних даних, з якими звичайні обчислення не можуть повноцінно впоратися.

У охороні здоров'я квантові обчислення можуть допомогти вирішити складні проблеми у діагностиці, персоналізованій медицині та страхуванні.

У науках про життя квантові обчислення можуть прискорити відкриття нових ліків та структур білків.

Центральна роль тривимірної (3D) структури білка у відкритті ліків досліджувалась протягом багатьох років. Передбачення 3D-структури з первинної послідовності амінокислот відоме як проблема згортання білка. Дослідники IBM продемонстрували як квантові обчислення можна використати для вирішення цієї проблеми.

Клівлендська клініка співпрацює з IBM з місією фундаментально прискорити темп відкриттів у охороні здоров'я та науках про життя завдяки використанню HPC у гібридному хмарному середовищі, штучного інтелекту та квантових обчислювальних технологій. Дізнайся більше з матеріалу "Cleveland Clinic and IBM Unveil Landmark 10-Year Partnership to Accelerate Discovery in Healthcare and Life Sciences."

Amgen у партнерстві з IBM Quantum вивчала квантове машинне навчання для моделювання здоров'я популяцій на основі електронних медичних карт. Дізнайся більше з матеріалу "Quantum Kernels for Real-World Predictions Based on Electronic Health Records."

Ознайомся з цим

• Вивчи варіанти використання квантових обчислень у охороні здоров'я в цьому звіті IBM Institute for Business Value: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Healthcare.".

• Вивчи варіанти використання квантових обчислень у науках про життя, прочитавши матеріали IBM Institute for Business Value: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Life Sciences."

Промислове дискретне виробництво

Виробництво може стати одним із перших бенефіціарів квантових обчислень. Варіанти використання в хімії та матеріалознавстві, а також застосування оптимізації у виробничому плануванні, виготовленні, логістиці та ланцюзі поставок, а також машинне навчання для контролю якості — все це потенційні галузі, де квантові обчислення можуть мати вплив. Ця графіка зображує категоризацію потенційних варіантів використання квантових обчислень у виробництві.

Багато компаній вивчають потенційні квантові обчислювальні застосування в аерокосмічній, автомобільній та електронній промисловості.

Квантові застосування в аерокосмічній та оборонній промисловості включають оптимізацію маршрутів польоту, обчислювальну гідродинаміку та розробку матеріалів.

Автомобільна промисловість могла б потенційно отримати вигоду від квантових обчислень у різних сферах, таких як розробка та вдосконалення нових акумуляторів, верифікація та валідація програмного забезпечення, автоматизація заводів, контроль якості та розширена допомога водію. Daimler Mercedes-Benz використовував квантові обчислення для оптимізації транспортної логістики та хімії акумуляторів для транспортних засобів. Бен Боесер, директор з інновацій північноамериканського підрозділу R&D компанії, каже, що розробка і вдосконалення більш енергоємних акумуляторних технологій могла б «розблокувати мільярдні можливості». Симуляція всіх молекулярних властивостей та поведінок перевищує поточні обчислювальні потужності навіть сьогоднішніх суперкомп'ютерів. Квантові обчислення пропонують потенційний спосіб прискорення процесу симуляції. Боесер зауважує, що «багаторічний процес тестування та валідації нових акумуляторних технологій може перетворитися на втрачені можливості на ринку, якщо ця робота затримується», саме тому Daimler Mercedes-Benz співпрацював з IBM Quantum, щоб використати силу квантових технологій для досліджень акумуляторів у міру розвитку технологій.

В електроніці квантові обчислення можуть покращити виробничу пропускну здатність за допомогою складного, динамічного планування виробництва; оптимізувати продуктивність продукту, таку як продуктивність чіпів, потужність та площа; і навіть прискорити комерціалізацію передових матеріалів завдяки більшим, точнішим молекулярним симуляціям. JSR у партнерстві з IBM Quantum вивчає, як квантові обчислення можуть просунути дослідження напівпровідникових чіпів, зокрема у розробці та виробництві фоторезисторів.

Ознайомся з цим

• Прочитай звіт IBM Institute for Business Value про те, як квантові обчислення можуть допомогти електронній промисловості у розробці матеріалів, проектуванні продуктів та розумному виробництві: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Electronics."
• Daimler-Benz вивчає, як квантові обчислення можуть просунути розробку нових матеріалів для акумуляторів, покращити методи автомобільного виробництва та вдосконалити продуктовий досвід.

Промислове переробне виробництво

«У нас у кістках відчуття, що існують величезні глобальні виклики, з якими ми будемо боротися в найближчому майбутньому. Коли квантові обчислення масштабуються і стають повністю проривними, ми будемо готові», — каже д-р Ваджай Сворап, віце-президент із досліджень і розробок ExxonMobil. Працюючи разом, ExxonMobil і IBM нещодавно продемонстрували прогрес у використанні квантових комп'ютерів для точного обчислення термодинамічних спостережуваних, показавши, як квантові технології можуть стати наступним поколінням інструментів для хіміків та хімічних інженерів, які розробляють передові енергетичні рішення. Варіанти використання для ExxonMobil на цьому не закінчуються, оскільки вони прагнуть вирішити складні енергетичні виклики. Дивись, як ExxonMobil використовує квантові комп'ютери для транспортування чистіших палив.

IBM працює з Mitsubishi Chemical, партнером IBM Quantum Network через IBM Quantum Keio Hub, над різноманітними потенційними квантовими застосуваннями. Їхня публікація 2019 року «Computational Investigations of the Lithium Superoxide Dimer Rearrangement on Noisy Quantum Devices» може мати фундаментальне значення для майбутнього розвитку акумуляторів. Стаття EE Times "Battery Research Advances Quantum Computing Capabilities" надає більше інформації про це дослідження, за яким незабаром послідували ще дві наукові роботи — одна про "Applications of Quantum Computing for Investigations of Electronic Transitions in Phenylsulfonyl-Carbazole TADF Emitters" та одна про "Quantum-Classical Computational Molecular Design of Deuterated High-Efficiency OLED Emitters.". Їхня місія — моделювати та аналізувати глибокі молекулярні структури потенційних нових OLED-матеріалів.

Ознайомся з цим

Переглянь ресурси, наведені тут, щоб дізнатися більше про те, як IBM Quantum-комп'ютери впливають на ці галузі.

• Прочитай звіт IBM "Exploring Quantum Use Cases for Chemicals and Petroleum."

• Дивись кейс клієнта: ExxonMobil використовує квантові обчислення для розробки більш точних методів симуляції хімії в енергетичних технологіях та рішеннях.

• Прочитай цей звіт McKinsey про потенціал, який вони бачать у хімічному та нафтовому секторі: "The Next Big Thing? Quantum Computing's Potential Impact on Chemicals."

• Читай, як IBM та партнери прискорюють відкриття нових способів боротьби зі зміною клімату.

Комунальні послуги

«Комунальні підприємства відіграють критичну роль у допомозі галузям, компаніям та споживачам досягати цілей нульових викидів», — каже Грегор Пілен, Генеральний менеджер IBM DACH. «Однак реалізація цього вимагає складних технологій, щоб допомогти комунальним підприємствам краще прогнозувати та оптимізувати мережу для задоволення попиту, а також збільшення використання чистої відновлюваної енергії. Квантові обчислення пропонують обчислювальні можливості, щоб допомогти комунальним підприємствам орієнтуватися в цьому новому, більш стійкому майбутньому».

Як частина своїх зусиль щодо декарбонізації, E.ON у партнерстві з IBM вивчає потенціал квантових обчислень для оптимізації все більш децентралізованої енергетичної інфраструктури світу. «Ти підключаєш свій електромобіль до зарядки акумулятора, і у тебе може бути сонячна панель, яка живить твій будинок та автомобіль. Але чи можеш ти продати цю надлишкову енергію сусідам? Навіщо тобі отримувати енергію з тисяч кілометрів, вироблену на електростанції, що спалює газ?», — запитує Корі О'Міра, лідер квантових обчислень цифрових технологій E.ON (дивись "IBM Panel Highlights Quantum Role in Sustainability"). Алгоритми квантових обчислень можуть мати ключ до управління складністю, що виникає при підключенні додаткових активів до мережі.

Потенціал квантових обчислень для сприяння відкриттю нових матеріалів, призначених для покращення генерації, передачі та зберігання енергії, є однією з причин, чому bp об'єднується з IBM Quantum для досягнення цілей нульових викидів.

Woodside Energy, партнер IBM, експериментує з новими алгоритмами для зменшення накладних витрат на передачу даних між класичними та квантовими системами, уможливлюючи застосування квантових ядер до потокових даних.

У галузі телекомунікацій квантові обчислення демонструють потенціал для надання рішень у маршрутизації мережевого трафіку та балансуванні навантаження, споживанні ПГ/енергії та контекстній сегментації клієнтів. Vodafone у партнерстві з IBM Quantum допомагає валідувати та просувати потенційні варіанти використання квантових технологій у телекомунікаціях.

Ознайомся з цим

• Прочитай цей звіт McKinsey про те, як квантові обчислення могли б прискорити розробку кліматичних технологій для трансформації боротьби зі зміною клімату: "Quantum Computing Might Just Save the Planet."

Ключові висновки

Очікується, що квантові обчислення матимуть значний вплив у секторах хімії та нафтопереробки, розподілу та логістики, фінансових послуг, охорони здоров'я та наук про життя, а також виробництва.

Приклади застосувань квантових обчислень:

• Симуляція квантової динаміки для просування відкриття матеріалів
• Управління ризиками та можливостями, пов'язаними з фінансовими портфелями
• Відкриття нових ліків та структур білків
• Оптимізація децентралізованих енергетичних систем

Квантові обчислення можуть допомогти вирішити застосування, що включають

• Симуляцію природи
• Штучний інтелект
• Оптимізацію

Бізнес-лідери повинні підготуватися до цієї нової технології, оцінивши готовність вже зараз. Це можна зробити, визначивши чемпіона з квантових обчислень, оцінивши, які сфери їхнього бізнесу можуть бути порушені квантовими обчисленнями, розвинувши необхідні навички та поекспериментувавши з реальним квантовим комп'ютером. Переходь до наступного модуля, щоб дізнатися більше про ресурси IBM Quantum і те, як твоя організація може стати квантово готовою.