世界上最大的公司現(xiàn)在都在啟動量子計(jì)算項(xiàng)目，政府也在為量子研究傾注資金。對于尚未證明有用的系統(tǒng)，量子計(jì)算機(jī)肯定會獲得很多關(guān)注。

　　原因是，量子計(jì)算機(jī)雖然還遠(yuǎn)未達(dá)到成熟階段，但有望最終迎來一個全新的計(jì)算時代--在這個時代，硬件在解決復(fù)雜問題時不再是一個制約因素，這意味著一些經(jīng)典系統(tǒng)需要幾年甚至幾百年才能完成的計(jì)算可以在幾分鐘內(nèi)完成。

　　從模擬新的和更有效的材料到更精確地預(yù)測股票市場將如何變化，對企業(yè)的影響可能是巨大的。以下是領(lǐng)先的組織目前正在探索的八個量子用例，它們可能從根本上改變整個行業(yè)的游戲。

　　1. 發(fā)現(xiàn)新藥

　　新藥的發(fā)現(xiàn)部分依賴于一個被稱為分子模擬的科學(xué)領(lǐng)域，它包括模擬粒子在分子內(nèi)相互作用的方式，以嘗試并創(chuàng)建一個能夠?qū)固囟膊〉呐渲谩?/p>

　　這些相互作用是非常復(fù)雜的，可以有許多不同的形狀和形式，這意味著根據(jù)一個分子的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確預(yù)測它的行為方式需要大量的計(jì)算。

　　人工操作是不可能的，而且這個問題的規(guī)模也太大了，今天的經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法承擔(dān)。事實(shí)上，預(yù)計(jì)建立一個只有70個原子的分子的模型將需要經(jīng)典計(jì)算機(jī)花費(fèi)130億年。

　　這就是為什么發(fā)現(xiàn)新藥需要這么長的時間：科學(xué)家們大多采用試驗(yàn)和錯誤的方法，他們針對一種目標(biāo)疾病測試成千上萬的分子，希望最終能找到一個成功的匹配。

　　然而，量子計(jì)算機(jī)有可能有一天在幾分鐘內(nèi)解決分子模擬問題。這些系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為能夠同時進(jìn)行許多計(jì)算，這意味著它們可以無縫地模擬構(gòu)成分子的粒子之間的所有最復(fù)雜的相互作用，使科學(xué)家能夠迅速確定成功的候選藥物。

　　這將意味著目前平均需要10年才能進(jìn)入市場的拯救生命的藥物可以被更快地設(shè)計(jì)出來，而且成本效率更高。

　　制藥公司正在關(guān)注：今年早些時候，醫(yī)療保健巨頭羅氏宣布與劍橋量子計(jì)算公司（CQC）合作，以支持解決阿爾茨海默病的研究工作。

　　而小型公司也對這項(xiàng)技術(shù)感興趣。例如，合成生物學(xué)初創(chuàng)公司Menten AI已經(jīng)與量子退火公司D-Wave合作，探索量子算法如何幫助設(shè)計(jì)最終可用作治療藥物的新蛋白質(zhì)。

　　2. 創(chuàng)造更好的電池

　　從為汽車提供動力到儲存可再生能源，電池已經(jīng)在支持向更綠色的經(jīng)濟(jì)過渡，而且其作用只會越來越大。但它們遠(yuǎn)非完美：它們的容量仍然有限，它們的充電速度也是如此，這意味著它們并不總是一個合適的選擇。

　　一個解決方案包括尋找具有更好性能的新材料來制造電池。這是另一個分子模擬問題 -- 這次是對可能成為新電池材料潛在候選人的分子行為進(jìn)行建模。

　　因此，與藥物設(shè)計(jì)類似，電池設(shè)計(jì)是另一項(xiàng)數(shù)據(jù)量大的工作，更適合于量子計(jì)算機(jī)而不是經(jīng)典設(shè)備。

　　這就是為什么德國汽車制造商戴姆勒現(xiàn)在與IBM合作，評估量子計(jì)算機(jī)如何幫助模擬硫磺分子在不同環(huán)境中的行為，其最終目標(biāo)是建造比今天的鋰離子電池性能更好、壽命更長、成本更低的鋰硫電池。

　　3. 預(yù)測天氣

　　盡管今天的尖端超級計(jì)算機(jī)擁有大量的計(jì)算能力，但天氣預(yù)報(bào)--尤其是長距離的天氣預(yù)報(bào)--仍然可能是令人失望的不準(zhǔn)確的。這是因?yàn)橐粋€天氣事件可能有無數(shù)種表現(xiàn)形式，而經(jīng)典設(shè)備無法攝取精確預(yù)測所需的所有數(shù)據(jù)。

　　另一方面，正如量子計(jì)算機(jī)可以模擬一個分子內(nèi)同時發(fā)生的所有粒子相互作用以預(yù)測其行為一樣，它們也可以模擬無數(shù)環(huán)境因素如何共同形成一場大風(fēng)暴、颶風(fēng)或熱浪。

　　由于量子計(jì)算機(jī)能夠一次性分析幾乎所有的相關(guān)數(shù)據(jù)，它們可能會產(chǎn)生比當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)更準(zhǔn)確的預(yù)測。這不僅有利于計(jì)劃你的下一次戶外活動：它還可以幫助政府更好地準(zhǔn)備應(yīng)對自然災(zāi)害，以及支持氣候變化研究。

　　這個領(lǐng)域的研究比較安靜，但合作關(guān)系正在出現(xiàn)，以仔細(xì)研究量子計(jì)算機(jī)的潛力。例如，去年，歐洲中程天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）與IT公司Atos建立了合作關(guān)系，包括使用Atos的量子計(jì)算模擬器，以探索量子計(jì)算如何影響未來的天氣和氣候預(yù)測。

　　4. 挑選股票

　　摩根大通、高盛和富國銀行都在積極調(diào)查量子計(jì)算機(jī)提高銀行業(yè)務(wù)效率的潛力--這一使用案例經(jīng)常被認(rèn)為可能帶來巨大的財(cái)務(wù)回報(bào)。

　　該技術(shù)可以通過多種方式支持銀行的活動，但其中一種已經(jīng)顯示出前景的方式是將量子計(jì)算應(yīng)用于一種被稱為蒙特卡洛模擬的程序。

　　蒙特卡洛操作包括根據(jù)相關(guān)資產(chǎn)的價(jià)格如何隨時間變化對金融資產(chǎn)進(jìn)行定價(jià)，這意味著有必要考慮到不同期權(quán)、股票、貨幣和商品的內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)。該程序本質(zhì)上歸結(jié)為預(yù)測市場將如何演變--隨著相關(guān)數(shù)據(jù)量的增加，這項(xiàng)工作變得更加準(zhǔn)確。

　　根據(jù)高盛與量子計(jì)算公司QC Ware共同進(jìn)行的研究，量子計(jì)算機(jī)前所未有的計(jì)算能力可以將蒙特卡洛計(jì)算的速度提高1000倍。更有希望的消息是，高盛的量子工程師現(xiàn)在已經(jīng)調(diào)整了他們的算法，能夠在量子硬件上運(yùn)行蒙特卡洛模擬，而量子硬件可能在短短五年內(nèi)就可以使用。

　　5. 處理語言

　　幾十年來，研究人員一直試圖教會經(jīng)典計(jì)算機(jī)如何將意義與單詞聯(lián)系起來，以嘗試并理解整個句子。鑒于語言的性質(zhì)，這是一個巨大的挑戰(zhàn)，它作為一個交互式網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用：一個句子往往要作為一個整體來解釋，而不是每個單獨(dú)的單詞的意義的 "總和"。而且這還沒有考慮到諷刺、幽默或內(nèi)涵。

　　因此，即使是最先進(jìn)的自然語言處理（NLP）經(jīng)典算法也很難理解基本句子的含義。但是，研究人員正在調(diào)查量子計(jì)算機(jī)是否更適合將語言表示為網(wǎng)絡(luò)--因此，以更直觀的方式處理它。

　　這個領(lǐng)域被稱為量子自然語言處理（QNLP），是劍橋量子計(jì)算公司（CQC）的一個關(guān)鍵重點(diǎn)。該公司已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)表明，句子可以在量子電路上被參數(shù)化，其中的詞義可以根據(jù)句子的語法結(jié)構(gòu)被嵌入。最近，CQC發(fā)布了lambeq，這是一個用于QNLP的軟件工具箱，可以將句子轉(zhuǎn)換成量子電路。

　　6. 幫助解決旅行推銷員問題

　　一個推銷員得到了一份他們需要訪問的城市名單，以及每個城市之間的距離，他必須想出一條能節(jié)省最多的旅行時間和花費(fèi)最少的路線。雖然聽起來很簡單，但 "旅行推銷員問題 "是許多公司在試圖優(yōu)化其供應(yīng)鏈或送貨路線時面臨的一個問題。

　　推銷員名單上每增加一個新城市，可能的路線數(shù)量就會成倍增加。在跨國公司的規(guī)模中，可能要處理數(shù)百個目的地、幾千個車隊(duì)和嚴(yán)格的最后期限，這個問題變得太大，古典計(jì)算機(jī)無法在任何合理時間內(nèi)解決。

　　例如，能源巨頭?？松梨诠疽恢痹趪L試優(yōu)化穿越海洋的商船的日常航線--也就是5萬多艘船，每艘船攜帶多達(dá)20萬個集裝箱，運(yùn)輸總價(jià)值達(dá)14萬億美元的貨物。

　　已經(jīng)有一些經(jīng)典的算法來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。但鑒于要探索的可能路線數(shù)量巨大，這些模型不可避免地要借助于簡化和近似。因此，?？松梨诠九cIBM合作，研究量子算法是否能做得更好。

　　量子計(jì)算機(jī)能夠同時進(jìn)行多項(xiàng)計(jì)算，這意味著它們可以串聯(lián)運(yùn)行所有不同的路線，使它們能夠比經(jīng)典計(jì)算機(jī)更快地發(fā)現(xiàn)最優(yōu)化的解決方案，因?yàn)榻?jīng)典計(jì)算機(jī)必須按順序評估每個選項(xiàng)。

　　?？松梨诠镜慕Y(jié)果似乎很有希望：模擬表明，一旦硬件得到改善，IBM的量子算法可以提供比經(jīng)典算法更好的結(jié)果。

　　7. 減少擁堵

　　優(yōu)化城市中交通信號燈的時間，使其能夠適應(yīng)等待的車輛數(shù)量或一天中的時間，可以在很大程度上平滑車輛的流動，避免在繁忙的十字路口出現(xiàn)擁堵。

　　這是經(jīng)典計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)的另一個難題：變量越多，在找到最佳解決方案之前，系統(tǒng)必須計(jì)算的可能性就越多。但就像旅行推銷員問題一樣，量子計(jì)算機(jī)可以同時評估不同的方案，更快地達(dá)到最理想的結(jié)果。

　　微軟一直在與豐田通商和量子計(jì)算初創(chuàng)公司Jij一起研究這個用例。研究人員已經(jīng)開始在一個模擬的城市環(huán)境中開發(fā)量子啟發(fā)的算法，目的是減少擁堵。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的最新結(jié)果，該方法可以使交通等待時間減少20%。

　　8. 保護(hù)敏感數(shù)據(jù)

　　現(xiàn)代密碼學(xué)依靠算法產(chǎn)生的密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這意味著只有被授予密鑰的各方才有辦法對信息進(jìn)行解密。因此，風(fēng)險(xiǎn)是雙重的：黑客可以截獲密碼學(xué)密鑰來破譯數(shù)據(jù)，或者他們可以使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)來試圖預(yù)測由算法生成的密鑰。

　　這是因?yàn)榻?jīng)典的安全算法是確定性的：一個給定的輸入將總是產(chǎn)生相同的輸出，這意味著只要有適當(dāng)?shù)挠?jì)算能力，黑客就可以預(yù)測結(jié)果。

　　這種方法需要極其強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，并不被認(rèn)為是密碼學(xué)的近期風(fēng)險(xiǎn)。但是，硬件在不斷改進(jìn)，安全研究人員越來越多地警告說，在未來的某個時候，將需要更安全的密碼學(xué)密鑰。

　　因此，加強(qiáng)密鑰的一個方法是使其完全隨機(jī)和不符合邏輯 -- 換句話說，在數(shù)學(xué)上無法猜測。

　　而事實(shí)證明，隨機(jī)性是量子行為的一個基本部分：例如，組成量子處理器的粒子以完全不可預(yù)測的方式行事。因此，這種行為可以被用來確定密碼學(xué)密鑰，即使是用最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)也不可能進(jìn)行反向工程。

　　隨機(jī)數(shù)生成是量子計(jì)算的一個應(yīng)用，已經(jīng)接近商業(yè)化。例如，總部位于英國的初創(chuàng)公司Nu Quantum正在完成一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以測量量子粒子的行為，生成隨機(jī)數(shù)流，然后可以用來建立更強(qiáng)大的密碼學(xué)密鑰。

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