Dolaze kvantna računala. Pripremite se da će sve promijeniti

Prolazi supermarketa ispunjeni svježim proizvodima vjerojatno nisu mjesto gdje biste očekivali otkriti neke od prvih prednosti kvantnog računalstva.

Ali kanadski lanac mješovitom robom Uštedite na hrani je postao nevjerojatni pionir, koristeći kvantnu tehnologiju za poboljšanje upravljanja logistikom u trgovini. U suradnji s tvrtkom za kvantno računalstvo D-val, Save-On-Foods koristi novu vrstu računalstva, koja se temelji na potpuno čudnom ponašanju materije na kvantnoj razini. I već daje obećavajuće rezultate.

Inženjeri tvrtke obratili su se D-Waveu s problemom logistike koji klasična računala nisu bila u stanju riješiti. U roku od dva mjeseca, koncept je pretočen u hibridni kvantni algoritam koji je radio u jednom od trgovinama u supermarketima, smanjujući vrijeme rada na računalu za neke zadatke s 25 sati tjedno na samo sekundi.

VIDJETI: Vodič kako postati pobornik digitalne transformacije(TechRepublic Premium)

Save-On-Foods sada planira proširiti tehnologiju na druge trgovine i istražuje nove načine na koje bi kvantum mogao pomoći s drugim problemima. "Sada imamo mogućnost pokretati testove i simulacije prilagođavanjem varijabli i vidjeti rezultate, tako da možemo optimizirati izvedbu, što jednostavno nije izvedivo korištenjem tradicionalnih metoda", rekao je glasnogovornik Save-On-Foodsa ZDNet.

“Iako su rezultati izvanredni, dvije najvažnije stvari iz ovoga su to što smo uspjeli iskoristiti kvantno računalstvo za napad na naše najsloženije probleme u cijeloj organizaciji, i to može činiti kontinuirano osnova."

Izvanredna svojstva kvantnog računalstva svode se na ponašanje kubiti -- kvantni ekvivalent klasičnog komadići koji kodiraju informacije za današnja računala u nizovima od 0 i 1. Ali suprotno od bitova, koji mogu biti predstavljeni s 0 ili 1, kubiti mogu preuzeti stanje koje je kvantno specifično, u kojem postoje kao 0 i 1 paralelno, ili superpozicija.

Kubiti, dakle, omogućuju kvantnim algoritmima da izvode različite izračune u isto vrijeme, i to na eksponencijalnoj skali: što je više kubita, to se više varijabli može istraživati, i to sve paralelno. Neki od najvećih problema, za koje bi klasičnim računalima trebali deseci tisuća godina da ih istraže s bitovima s jednim stanjem, mogli bi se riješiti kubitima za nekoliko minuta.

Izazov leži u izgradnji kvantnih računala koja sadrže dovoljno qubita za provedbu korisnih izračuna. Qubiti su temperamentni: skloni su pogreškama, teško ih je kontrolirati i uvijek su na rubu ispadanja iz svog kvantnog stanja. Tipično, znanstvenici moraju zatvoriti kvantna računala u ekstremno hladne, velike hladnjake, samo kako bi bili sigurni da qubiti ostaju stabilni. To je u najmanju ruku nepraktično.

To je, u biti, razlog zašto je kvantno računalstvo još uvijek u povojima. Većina kvantnih računala trenutačno radi s manje od 100 qubita, a tehnološki divovi poput IBM-a i Googlea utrkuju povećati taj broj kako bi što prije izgradili smisleno kvantno računalo. Nedavno je IBM ambiciozno otkrio plan puta sustavu od milijun kubita i rekao da očekuje da će kvantno računalo otporno na greške biti dostižan cilj tijekom sljedećih deset godina.

Iako su još rani dani za kvantno računalstvo, još uvijek postoji veliki interes tvrtki koje su spremne eksperimentirati s onim što bi se moglo pokazati značajnim razvojem. "Više tvrtki provodi eksperimente učenja kako bi pomoglo kvantnom računalstvu da se pomakne s eksperimentalne faze do komercijalne upotrebe u velikim razmjerima", kaže Ivan Ostojić, partner konzultantske tvrtke McKinsey ZDNet.

Zasigurno se tehnološke tvrtke utrkuju da budu viđene kao prve vođe. IBM-ov Q mreža počeo je raditi 2016. kako bi programerima i profesionalcima u industriji omogućio pristup kvantnim procesorima tvrtke, od kojih je najnoviji, 65-qubitni uređaj tzv. kolibrić, objavljen je na platformi prošlog mjeseca. Nedavno, američka multinacionalna kompanija Honeywell napravio svoje prve korake na kvantnoj pozornici, čineći kvantno računalo tvrtke sa zarobljenim ionima dostupnim korisnicima putem oblaka. Rigetti Computing, koji radi od 2017., također pruža pristup temeljen na oblaku 31-qubitnom kvantnom računalu.

Drugi pristup, tzv kvantno žarenje, posebno je prikladan za zadatke optimizacije kao što su logistički problemi s kojima se suočava Save-On-Foods. D-Wave se pokazao popularnim izborom u ovom području, a od 2010. godine nudi kvantni žaritelj preko oblaka, koji sada je nadograđen na procesor od 5000 kubita.

Procesor kvantnog žarenja mnogo je lakši za kontrolu i rad od uređaja na kojima rade IBM, Honeywell i Rigetti, a koji su tzv. kvantna računala modela vrata. Zbog toga je tim D-Wavea već postigao puno veći broj qubita. Međutim, kvantno žarenje je prikladno samo za specifične probleme optimizacije, a stručnjaci tvrde da će tehnologija biti relativno ograničena kada kvantna računala s modelom vrata dostignu zrelost.

Dobavljači kvantne procesorske snage sve su više okruženi tvrtkama trećih strana koje djeluju kao posrednici s kupcima. Zapata, QC Ware ili 1QBit, na primjer, pružaju alate u rasponu od softverskih skupova do obuke, kako bi pomogli poslovnim vođama da započnu s kvantnim eksperimentima.

VIDJETI: Što je kvantni internet? Sve što trebate znati o čudnoj budućnosti kvantnih mreža

Drugim riječima, kvantni ekosustav vrvi od aktivnosti i brzo raste. “Tvrtke u industrijama u kojima će kvantni imati najveći potencijal za potpuni poremećaj trebale bi se odmah uključiti u kvantni”, kaže Ostojić.

A eksponencijalna računalna snaga kvantnih tehnologija, prema analitičaru, promijenit će igru ​​na mnogim poljima. Qubits, sa svojom neviđenom sposobnošću rješavanja problema optimizacije, koristit će svakoj organizaciji s opskrbnog lanca i distribucijske rute, uzdrmavajući financijsku industriju maksimiziranjem dobiti od portfelji. Umjetna inteligencija s kvantnom tehnologijom također obećava, a očekuje se da će modeli imati koristi od bolje obuke na većim skupovima podataka.

Jedan primjer: simuliranjem molekularnih interakcija koje su presložene za klasična računala, qubiti će omogućiti biotehnološkim tvrtkama da ubrzaju otkrivanje novih lijekova i materijala. Microsoft je, primjerice, već pokazao kako kvantna računala mogu pomoći u proizvodnji gnojiva s boljim prinosima. To bi moglo imati goleme implikacije za poljoprivredni sektor, budući da se suočava s kolosalnim zadatkom održivog prehranjivanja rastuće globalne populacije u godinama koje dolaze.

Kemija, nafta i plin, transport, logistika, bankarstvo i kibernetička sigurnost često se navode kao sektori koje bi kvantna tehnologija mogla značajno transformirati. “U principu, quantum će biti relevantan za sve CIO-ove jer će ubrzati rješenja velikog broja problema”, kaže Ostojić. "Te tvrtke moraju postati vlasnici kvantnih sposobnosti."

Postoji upozorenje. Nijedan CIO ne bi trebao očekivati ​​da će postići preveliku kratkoročnu vrijednost od kvantnog računalstva u njegovom trenutnom obliku. Koliko god kvantna industrija bila brzorastuća, polje je i dalje definirano tvrdoglavom nestabilnošću kubita, što još uvijek značajno ograničava sposobnost kvantnih računala.

"U ovom trenutku ne postoji problem koji kvantno računalo može riješiti brže od klasičnog računala, što je vrijedno za CIO-a", inzistira Heike Riel, voditelj znanosti i tehnologije u IBM Research Quantum Europe. “Ali morate biti vrlo oprezni, jer se tehnologija brzo razvija. Odjednom bi moglo biti dovoljno qubita da se riješi problem koji je od velike vrijednosti za poslovanje s kvantnim računalom."

A kada taj dan dođe, postojat će podjela između kompanija koje su se pripremile za kvantnu računalnu snagu i onih koje nisu. To je ono što je na kocki za poslovne vođe koji se već igraju s kvantom, objašnjava Riel. Iako niti jedan CIO ne očekuje da će kvantum isporučiti vrijednost sljedećih pet do deset godina, poduzeća koja najnaprednije razmišljaju već su očekujući val inovacija koji će tehnologija naposljetku donijeti -- tako da kada se to dogodi, oni će biti prvi imati koristi od toga.

To znači planiranje osoblja, vještina i projekata te stvaranje razumijevanja kako kvantno računalstvo može pomoći u rješavanju stvarnih poslovnih problema. "Ovdje se puno radi u različitim industrijama kako bi se otkrilo koji su pravi problemi, koji mogu biti riješeno kvantnim računalom, a ne klasičnim računalom, a koje bi činilo veliku razliku u smislu vrijednosti", kaže Riel.

Riel ukazuje na primjer kvantne simulacije za razvoj baterija, što tvrtke poput proizvođača automobila Daimler istražuju u partnerstvu s IBM-om. Kako bi povećali kapacitet i brzinu punjenja baterija za električna vozila, Daimlerovi istraživači rade na litij-sumporne baterije sljedeće generacije, koje zahtijevaju usklađivanje različitih spojeva u najstabilniju konfiguraciju moguće. Da bi se pronašao najbolji položaj molekula, moraju se simulirati sve moguće interakcije između čestica koje čine molekule spoja.

Ovaj zadatak mogu izvršiti trenutna superračunala za jednostavne molekule, ali kvantni rješenje bi jednog dana moglo otvoriti nove temelje u razvoju složenijih spojeva koji su potrebni za bolje baterije.

"Naravno, sada su molekule koje simuliramo s kvantom male veličine zbog ograničene veličine kvantnog računala", kaže Riel. "Ali kada skaliramo sljedeću generaciju kvantnih računala, tada možemo riješiti problem unatoč složenosti molekula."

VIDJETI: 10 tehnoloških predviđanja koja bi mogla značiti velike promjene u budućnosti

Slično razmišljanje vodio je i naftni i plinski div ExxonMobil pridružiti se mreži tvrtki koje trenutno koriste IBM-ove kvantne procesore temeljene na oblaku. ExxonMobil je započeo suradnju s IBM-om 2019. godine, s ciljem da se jednog dana koristi kvant za dizajn novih kemikalija za niskoenergetske procese i hvatanje ugljika.

Direktorica korporativnog strateškog istraživanja tvrtke Amy Herhold objašnjava da je u protekloj godini ExxonMobil znanstvenici su koristili IBM-ove kvantne sposobnosti za simulaciju makroskopskih svojstava materijala kao što je toplina kapacitet. Tim se do sada usredotočio na najmanju molekulu, vodikov plin, a sada radi na načinima za skaliranje metode na veće molekule kako se hardver razvija.

Još uvijek treba postići niz prekretnica prije nego što se kvantno računalstvo pretvori u vidljiv poslovni učinak, prema Herholdu. Tvrtke će morati imati pristup puno većim kvantnim računalima s niskim stopama pogreške, kao i odgovarajućim kvantnim algoritmima koji rješavaju ključne probleme.

"Iako današnja kvantna računala ne mogu riješiti poslovne probleme - premala su, a kubiti su previše bučni - polje brzo napreduje", kaže Herhold za ZDNet. "Znamo da su istraživanje i razvoj kritični i na hardverskom i na algoritamskom planu, i dano koliko se ovo razlikuje od klasičnog računalstva, znali smo da će trebati vremena za izgradnju našeg internog mogućnostima. Zbog toga smo odlučili krenuti."

Herhold predviđa da će kvantni hardver rasti velikom brzinom u sljedećih pet godina. Poruka je jasna: kad se to dogodi, ExxonMobilov istraživački tim bit će spreman.

Jedna industrija koja je pokazala veliko zanimanje za kvantnu tehnologiju je financijski sektor. Od partnerstva JP Morgan Chasea s IBM-om i Honeywellom, do korištenja Zapatinih usluga od strane BBVA, banke aktivno istražuju potencijal qubita, i to s dobrim razlogom. Kvantna računala, uzimajući u obzir eksponencijalno velik broj čimbenika i varijabli, mogla bi generirati mnogo bolja predviđanja financijski rizik i neizvjesnost te povećati učinkovitost ključnih operacija poput optimizacije investicijskog portfelja ili opcija određivanje cijena.

Slično drugim područjima, većina istraživanja posvećena je istraživanju dokaza o konceptima za financijsku industriju. Zapravo, pri rješavanju manjih problema znanstvenici i dalje pokreću kvantne algoritme uz klasična računala kako bi potvrdili rezultate.

"Klasični simulator ima točan odgovor, tako da možete provjeriti dobivate li ovaj točan odgovor s kvantnim računalom", objašnjava Tony Uttley, predsjednik Honeywell Quantum Solutions, kako on opisuje proces određivanja cijena kvantnih opcija u financijama.

“I bolje da jesi, jer čim prijeđemo tu granicu, gdje nećemo moći više klasično simulirati, bolje da budete uvjereni da vam vaše kvantno računalo daje točan odgovor. Jer to je ono što ćete uzeti u svoje poslovne procese."

Tvrtke koje trenutno rade na kvantnim rješenjima fokusiraju se na ono što Uttley naziva "putem do stvaranja vrijednosti". Drugim riječima, koriste kvantne sposobnosti kako stoje kako bi riješili probleme manjeg opsega, gradeći povjerenje u tehnologiji dok to rade, dok čekaju da sposobnosti narastu i omoguće nastanak većih problema riješena.

Koliko god bilo primamljivo za CIO-ove nadati se kratkoročnoj vrijednosti od kvantnih usluga, puno je realnije gledati na dulje vremenske rokove, tvrdi Uttley. "Zamislite da imate čekić i netko vam kaže da želi s njim izgraditi sveučilišni kampus", kaže. "Pa, gledajući vaš čekić, trebali biste se zapitati koliko će vremena trebati da ga napravite."

Kvantno računalstvo obećava da bi čekić u sljedećih nekoliko godina mogao evoluirati u bušilicu, a zatim u toranjski kran. Izazov za CIO-e je sada isplanirati vrijeme kada će alati koji su im na raspolaganju dobiti dramatičan poticaj koji očekuju i znanstvenici i igrači u industriji.

Teško je točno reći kada će to pojačanje doći. IBM-ov plan puta najavljuje da će tvrtka dosegnuti 1000 qubita 2023., što bi moglo označiti početak ranog stvaranja vrijednosti u farmaceutici i kemikalijama, zahvaljujući simulaciji malih molekule. No iako je točan vremenski okvir neizvjestan, Uttley je nepokolebljiv da nikad nije prerano za uključivanje.

"Tvrtke koje su okrenute naprijed već imaju timove usredotočene na to i pripremaju svoje organizacije da to iskoriste kada prijeđemo prag stvaranja vrijednosti", kaže on. "Ono što obično kažem je: uključite se sada. Kapaciteta je malo, a ako već niste na čelu reda, može proći dosta vremena prije nego što uđete."

Stvaranje poslovne vrijednosti prioritet je svakog CIO-a. U isto vrijeme, prepreka ulasku na tržište kvantnog računalstva smanjuje se svaki put kad se pojavi novi startup kako bi se pojednostavila softverska infrastruktura i pomoglo nestručnjacima u pokretanju njihove upotrebe tehnologija. Dakle, nema vremena za gubljenje u prihvaćanju tehnologije. Osiguravanje prvorazrednog mjesta u kvantnoj revoluciji, kada do nje dođe, vjerojatno će se isplatiti.