Wpływ na biznes

Cele nauczania

Po ukończeniu tego modułu powinieneś potrafić:

• Rozpoznać korzyści z eksplorowania obliczeń kwantowych już teraz.
• Zidentyfikować branże i zastosowania, w których obliczenia kwantowe są obiecujące.

Potencjalne zastosowania kwantowe w przemyśle

Klasyczne superkomputery mają trudności z rozwiązywaniem problemów z wieloma zmiennymi oddziałującymi w skomplikowany sposób, takich jak modelowanie zachowania cząsteczek. Te klasyczne ograniczenia stanowią bariery dla postępu w wielu branżach i utrudniają ważne badania w fizyce, chemii, inżynierii materiałowej i innych dziedzinach.

Aby zrozumieć, jak zachowa się dana cząsteczka, naukowcy często muszą ją zsyntetyzować i eksperymentować z nią w rzeczywistym świecie. Aby sprawdzić, jak niewielka zmiana wpłynie na jej zachowanie, zwykle muszą zsyntetyzować nową wersję i powtórzyć eksperyment od początku. Jest to kosztowny i czasochłonny proces. Utrudnia rozwój mocniejszych, lżejszych materiałów dla inżynierii lotniczej, ogranicza ewolucję półprzewodników i hamuje postęp w medycynie. Technologia kwantowa może pomóc nam przekroczyć bariery złożoności.

Oczekujemy, że technologia kwantowa będzie miała największy wpływ w obszarach takich jak uczenie maszynowe, symulacja systemów naturalnych oraz tworzenie użytecznych nowych materiałów.

IBM® bada branże, w których obliczenia kwantowe mają szansę pokazać swój potencjał. Poniższy obraz wymienia kilka przypadków użycia dla różnych branż, a kolejne sekcje tej lekcji opisują, jak niektórzy z naszych partnerów eksplorują niektóre z tych przypadków użycia.

Dystrybucja i logistyka

Kiedy myślisz o superkomputerach, być może myślisz o laboratoriach narodowych. Ale czy wiesz, że jeden z największych superkomputerów jest obsługiwany przez Walmart? Jak wskazuje artykuł McKinsey, podróże, transport i logistyka są obiecujące dla obliczeń kwantowych.

Wiele z największych systemów obliczeniowych jest poświęconych rozwiązywaniu problemów optymalizacji i SI w branżach lotniczej, logistycznej, handlu detalicznego i dóbr konsumpcyjnych. Duże i złożone problemy optymalizacji oraz symulacji scenariuszy pojawiają się w planowaniu sieci, trasowaniu, harmonogramowaniu, ustalaniu cen, załadunku towarów i zarządzaniu zakłóceniami. Zapewnianie niezapomnianych doświadczeń klientów poprzez oferowanie spersonalizowanych treści oraz terminowych i trafnych rekomendacji jest napędzane przez rozwijające się modele SI. Jednakże problem złożoności zwykle skaluje się wykładniczo wraz z rozmiarem problemu.

NC State, we współpracy z Delta Air Lines, zbadało zastosowanie technologii kwantowej do optymalizacji harmonogramowania bramek lotniczych. Potencjalne przypadki użycia dla linii lotniczych obejmują bardziej efektywną symulację zarządzania zakłóceniami, planowanie sieci lotniczych oraz optymalizację załadunku cargo lotniczego.

Dla branży logistycznej, która stoi w obliczu znaczącego przyspieszenia handlu internetowego, komputery kwantowe mogą być zdolne do wspierania globalnej optymalizacji trasowania i częstej reoptymalizacji w celu tworzenia rentownych usług transportu multimodalnego i dostawy ostatniej mili. Obliczenia kwantowe mogą pomóc symulować wpływ zakłóceń logistycznych z większą dokładnością i wspierać zrównoważone procesy logistyczne, takie jak optymalizacja transportu kontenerowego.

Zintegrowane rozwiązania klasyczno-kwantowe mogą poprawić profilowanie klientów i trafne rekomendacje kolejnych najlepszych działań dla branż handlu detalicznego i dóbr konsumpcyjnych. Ciągła innowacja nowych produktów jest kluczowym czynnikiem dla tych branż, a obliczenia kwantowe mogłyby odegrać kluczową rolę w rozwoju i testowaniu nowych produktów. Usprawnienie łańcucha dostaw poprzez optymalizację może lepiej wspierać wysiłki firm w zakresie nawigowania po złożoności i zarządzania równowagą między niedoborem a nadmiarem zapasów.

Komputery kwantowe zapewniają narzędzie do spojrzenia na te problemy w inny sposób. Naukowcy nadal eksperymentują z lepszymi algorytmami do zastosowania w tych problemach. W oczekiwaniu na komercyjne obliczenia kwantowe wiodące firmy identyfikują i testują przypadki użycia, które generują wewnętrzne kompetencje kwantowe. Im skuteczniej zaprojektowany jest przypadek użycia, tym większe prawdopodobieństwo, że dostarczy wartości biznesowej. Weźmy na przykład przypadek użycia rozplątywania zakłóceń operacyjnych w harmonogramach i obsadzie linii lotniczych. Ten przypadek użycia jest obiecujący, ponieważ ma potencjał, aby w przyszłości zaoferować przełomowe rozwiązanie dla kluczowego problemu biznesowego; istnieje już klasyczna alternatywa, choć suboptymalna; a algorytmy kwantowe okazały się już skuteczne w wyborze najlepszych scenariuszy w symulacjach Monte Carlo stosowanych w bankowości i finansach. Strategiczne przypadki użycia takie jak ten uwzględniają wykonalność techniczną w perspektywie krótkoterminowej; rozważają potencjał technologii obliczeń kwantowych do przewyższania klasycznych alternatyw; oraz oceniają prognozowany wpływ biznesowy, określony przez wyniki rynkowe, konsekwencje konkurencyjne i wpływ finansowy. W przypadku niektórych kluczowych problemów biznesowych nawet niewielka przewaga może mieć znaczący wpływ.

Sprawdź to

Przejrzyj te zasoby, aby dowiedzieć się więcej o przypadkach użycia obliczeń kwantowych w handlu detalicznym i dobrach konsumpcyjnych, a także w branżach podróży i transportu.

• Przeczytaj raport IBM dotyczący eksplorowania przypadków użycia obliczeń kwantowych dla linii lotniczych: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Airlines.”
• Przeczytaj raport IBM Institute for Business Value na temat logistyki kwantowej: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Logistics.”

Usługi finansowe

Bankowość, rynki finansowe i firmy ubezpieczeniowe skupiają się na zarządzaniu ryzykiem. Giganci Wall Street, tacy jak JPMorgan Chase i Goldman Sachs, mają nadzieję, że obliczenia kwantowe mogą dać im przewagę w szansach, pozwalając lepiej zarządzać zagrożeniami i możliwościami związanymi z ich portfelami. Komputery kwantowe mogłyby również pomóc profesjonalistom finansowym udoskonalić ich symulacje Monte Carlo, modele matematyczne, które przewidują możliwe wyniki skomplikowanych drzew decyzyjnych w celu maksymalizacji zysku. Inne obszary eksperymentów kwantowych obejmują wykrywanie oszustw, przeciwdziałanie praniu pieniędzy, ocenę zdolności kredytowej, precyzyjne profilowanie klientów, bardziej efektywne zarządzanie ryzykiem oraz optymalizację modeli cenowych.

Naukowcy IBM opracowali algorytm kwantowy, który przewyższa tradycyjne podejście próbkowania Monte Carlo. W symulacji Monte Carlo komputer pobiera wiele losowych próbek z danego rozkładu prawdopodobieństwa, aby sprawdzić, który wynik jest najbardziej prawdopodobny. Zmniejszenie błędu przewidywanego wyniku symulacji Monte Carlo o czynnik $1/X$ wymaga $X^2$ więcej tradycyjnych próbek, ale tylko $X$ więcej próbek kwantowych. Wpływ tego stwierdzenia można postrzegać na dwa sposoby: (1) można szybciej osiągnąć ustalony poziom pewności za pomocą komputera kwantowego lub (2) dla ustalonego czasu komputer kwantowy może dać większą pewność co do odpowiedzi niż klasyczne rozwiązanie Monte Carlo.

Według raportu „Getting Your Financial Institution Ready for the Quantum Computing Revolution” opracowanego przez IBM Institute for Business Value, instytucje finansowe badają obliczenia kwantowe w celu drastycznego przyspieszenia niezwykle skomplikowanych obliczeń i poprawy dokładności. W tym celu naukowcy IBM stworzyli kwantowy symulator finansowy do wyceny opcji. Korzystając z narzędzi programistycznych i algorytmów kwantowych opracowanych przez IBM do wyceny opcji, które skalują się lepiej niż tradycyjne metody, członkowie IBM Quantum® Network eksperymentują z finansami i obliczeniami kwantowymi.

JPMorgan Chase nawiązał współpracę z IBM Quantum w celu przewidywania cen opcji finansowych oraz poprawy wykrywania oszustw i oceny zdolności kredytowej.

PayPal nawiązał współpracę z IBM, aby znaleźć sposób na wykorzystanie obliczeń kwantowych do wykrywania oszustw, operacji związanych z ryzykiem kredytowym i ogólnego bezpieczeństwa.

HSBC współpracuje z IBM, aby przyspieszyć gotowość do obliczeń kwantowych. HSBC planuje zbadać wykorzystanie obliczeń kwantowych do wyceny i optymalizacji portfela, aby rozwijać swoje cele zerowej emisji netto oraz ograniczać ryzyko i oszukańcze działania. Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z tym artykułem: „HSBC Working with IBM to Accelerate Quantum Computing Readiness.”

Sprawdź to

• Poznaj przypadki użycia obliczeń kwantowych dla usług finansowych, czytając ten raport z IBM Institute for Business Value: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Financial Services.”

• Aby zapoznać się z przeglądem technicznych metod obliczeń kwantowych mających zastosowanie w finansach, zapoznaj się z tym artykułem zespołu IBM Quantum opublikowanym w IEEE Transactions of Quantum Engineering: „Quantum Computing for Finance: State-of-the-Art and Future Prospects.”

Opieka zdrowotna i nauki przyrodnicze

W tym sektorze istnieje wiele problemów wymagających intensywnych obliczeń, napędzanych eksplozją danych rzeczywistych i genomowych, z którymi konwencjonalne obliczenia nie potrafią odpowiednio sobie poradzić.

W opiece zdrowotnej obliczenia kwantowe mogą pomóc w rozwiązaniu złożonych wyzwań w diagnostyce, medycynie spersonalizowanej i wycenie ubezpieczeń.

W naukach przyrodniczych obliczenia kwantowe mogą przyspieszyć odkrywanie nowych leków i struktur białkowych.

Centralna rola trójwymiarowej (3D) struktury białka w odkrywaniu leków jest badana od wielu lat. Przewidywanie struktury 3D z pierwotnej sekwencji aminokwasów jest znane jako problem zwijania białek. Naukowcy IBM wykazali, jak obliczenia kwantowe mogą zostać wykorzystane do rozwiązania tego problemu.

Cleveland Clinic nawiązuje współpracę z IBM z misją zasadniczego przyspieszenia tempa odkryć w opiece zdrowotnej i naukach przyrodniczych poprzez wykorzystanie obliczeń o wysokiej wydajności w hybrydowej chmurze, sztucznej inteligencji (SI) oraz technologii obliczeń kwantowych. Dowiedz się więcej, czytając „Cleveland Clinic and IBM Unveil Landmark 10-Year Partnership to Accelerate Discovery in Healthcare and Life Sciences.”

Amgen, we współpracy z IBM Quantum, zbadał kwantowe uczenie maszynowe do modelowania zdrowia populacji w oparciu o elektroniczne karty zdrowia. Dowiedz się więcej, czytając „Quantum Kernels for Real-World Predictions Based on Electronic Health Records.”

Sprawdź to

• Zapoznaj się z zastosowaniami obliczeń kwantowych w opiece zdrowotnej w tym raporcie z IBM Institute for Business Value: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Healthcare.”.

• Zapoznaj się z zastosowaniami obliczeń kwantowych w naukach o życiu, czytając spostrzeżenia z IBM Institute for Business Value: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Life Sciences.”

Przemysłowa produkcja dyskretna

Produkcja może stać się jednym z wczesnych beneficjentów obliczeń kwantowych. Zastosowania w chemii i materiałoznawstwie, a także aplikacje optymalizacyjne w planowaniu produkcji, wytwarzaniu, logistyce i łańcuchu dostaw, jak również uczenie maszynowe do kontroli jakości to wszystko potencjalne obszary, w których obliczenia kwantowe mogą mieć wpływ. Poniższa grafika przedstawia kategoryzację potencjalnych zastosowań obliczeń kwantowych w produkcji.

Wiele firm bada potencjalne zastosowania obliczeń kwantowych w produkcji lotniczej, motoryzacyjnej i elektronicznej.

Kwantowe zastosowania w lotnictwie i obronności obejmują optymalizację tras lotów, obliczeniową dynamikę płynów i rozwój materiałów.

Przemysł motoryzacyjny mógłby potencjalnie skorzystać z obliczeń kwantowych w różnych obszarach, takich jak projektowanie i rozwój nowych akumulatorów, weryfikacja i walidacja oprogramowania, automatyzacja fabryk, kontrola jakości oraz zaawansowane systemy wspomagania kierowcy. Daimler Mercedes-Benz używał obliczeń kwantowych do optymalizacji logistyki transportu i chemii akumulatorów pojazdów. Ben Boeser, dyrektor ds. innowacji w północnoamerykańskiej jednostce badawczo-rozwojowej firmy, mówi, że opracowanie i udoskonalenie bardziej energetycznie gęstych technologii akumulatorów mogłoby „odblokować szansę wartą miliardy dolarów”. Symulowanie wszystkich różnorodnych właściwości molekularnych i zachowań wykracza poza obecną moc obliczeniową nawet dzisiejszych superkomputerów. Obliczenia kwantowe oferują potencjalny sposób na przyspieszenie procesu symulacji. Boeser zauważa, że „wieloletni proces testowania i walidacji nowej technologii akumulatorów mógłby przełożyć się na utracone okazje na rynku, jeśli ta praca zostanie opóźniona”, dlatego Daimler Mercedez-Benz współpracował z IBM Quantum, aby wykorzystać moc kwantów do badań nad akumulatorami w miarę rozwoju tej technologii.

W elektronice obliczenia kwantowe mogłyby poprawić przepustowość produkcji dzięki złożonemu, dynamicznemu planowaniu fab; zoptymalizować wydajność produktów, taką jak wydajność, moc i powierzchnia chipów; a nawet przyspieszyć komercjalizację zaawansowanych materiałów dzięki większym, dokładniejszym symulacjom molekularnym. JSR współpracuje z IBM Quantum w celu zbadania, jak obliczenia kwantowe mogą rozwinąć badania nad chipami półprzewodnikowymi, a mianowicie w zakresie rozwoju i produkcji fotorezystów.

Sprawdź to

• Przeczytaj raport IBM Institute for Business Value o tym, jak obliczenia kwantowe mogą pomóc branży elektronicznej w rozwoju materiałów, projektowaniu produktów i inteligentniejszej produkcji: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Electronics.”
• Daimler-Benz bada, jak obliczenia kwantowe mogą przyspieszyć rozwój nowych materiałów do akumulatorów, usprawnić techniki produkcji motoryzacyjnej i poprawić doświadczenia związane z produktem.

Przemysłowa produkcja procesowa

„Wiemy w głębi serca, że istnieją ogromne globalne wyzwania, z którymi zmierzymy się w dającej się przewidzieć przyszłości. Gdy obliczenia kwantowe osiągną skalę, która uczyni je całkowicie przełomowymi, będziemy gotowi”, mówi dr Vijay Swarup, wiceprezes ds. badań i rozwoju w ExxonMobil. Pracując razem, ExxonMobil i IBM niedawno zademonstrowały postępy w wykorzystaniu komputerów kwantowych do dokładnego obliczania obserwabli termodynamicznych, pokazując, jak kwanty mogą być narzędziem nowej generacji dla chemików i inżynierów chemików opracowujących zaawansowane rozwiązania energetyczne. Zastosowania dla ExxonMobil nie kończą się na tym, ponieważ firma dąży do rozwiązania złożonych wyzwań energetycznych. Zobacz, jak ExxonMobil wykorzystuje komputery kwantowe do dostarczania czystszych paliw.

IBM współpracuje z Mitsubishi Chemical, partnerem IBM Quantum Network poprzez IBM Quantum Keio Hub, nad różnymi potencjalnymi zastosowaniami kwantowymi. Ich publikacja z 2019 roku „Computational Investigations of the Lithium Superoxide Dimer Rearrangement on Noisy Quantum Devices” mogłaby być fundamentalna dla przyszłego rozwoju akumulatorów. Artykuł w EE Times, „Battery Research Advances Quantum Computing Capabilities”, dostarcza więcej informacji na temat tych badań, po których szybko nastąpiły dwa kolejne artykuły badawcze — jeden na temat „Applications of Quantum Computing for Investigations of Electronic Transitions in Phenylsulfonyl-Carbazole TADF Emitters” i drugi na temat „Quantum-Classical Computational Molecular Design of Deuterated High-Efficiency OLED Emitters.”. Ich misją jest modelowanie i analiza głębokich struktur molekularnych potencjalnych nowych materiałów OLED.

Sprawdź to

Przejrzyj wymienione tu zasoby, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak komputery IBM Quantum wpływają na te branże.

• Przeczytaj raport IBM „Exploring Quantum Use Cases for Chemicals and Petroleum.”

• Zobacz studium przypadku klienta: ExxonMobil wykorzystuje obliczenia kwantowe do opracowania dokładniejszych technik symulacji chemicznej w technologiach i rozwiązaniach energetycznych.

• Przeczytaj raport McKinsey o potencjale, jaki widzą w sektorze chemicznym i naftowym: „The Next Big Thing? Quantum Computing’s Potential Impact on Chemicals.”

• Przeczytaj, jak IBM i partnerzy przyspieszają odkrywanie nowych sposobów łagodzenia zmian klimatycznych.

Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej

„Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej odgrywają kluczową rolę w pomaganiu branżom, firmom i konsumentom w osiąganiu celów zero netto”, mówi Gregor Pillen, Dyrektor Generalny IBM DACH. „Jednak ich realizacja wymaga zaawansowanych technologii, które pomogą przedsiębiorstwom użyteczności publicznej lepiej przewidywać i optymalizować sieć w celu zaspokojenia popytu, a także zwiększać wykorzystanie czystej, odnawialnej energii. Obliczenia kwantowe oferują możliwości obliczeniowe, które pomogą przedsiębiorstwom użyteczności publicznej poruszać się w tej nowej, bardziej zrównoważonej przyszłości.”

W ramach swoich działań dekarbonizacyjnych E.ON nawiązał współpracę z IBM w celu zbadania potencjału obliczeń kwantowych do optymalizacji coraz bardziej zdecentralizowanej infrastruktury energetycznej świata. „Podłączasz swój samochód elektryczny, aby naładować akumulator, i możesz mieć panel słoneczny, który zasila twój dom i samochód. Ale czy możesz sprzedać tę nadwyżkę energii sąsiadom w okolicy? Dlaczego musisz pozyskiwać energię z tysięcy kilometrów stąd, wyprodukowaną w elektrowni spalającej gaz?” pyta Corey O'Meara, lider ds. technologii cyfrowych i obliczeń kwantowych w E.ON (zobacz „IBM Panel Highlights Quantum Role in Sustainability”). Algorytmy obliczeń kwantowych mogą być kluczem do zarządzania złożonością, która powstaje, gdy do sieci podłączane są dodatkowe zasoby.

Potencjał obliczeń kwantowych w odkrywaniu nowych materiałów zaprojektowanych w celu poprawy wytwarzania, przesyłania i magazynowania energii jest jednym z powodów, dla których bp sprzymierza się z IBM Quantum, aby osiągnąć cele zero netto.

Woodside Energy, partner IBM, eksperymentuje z nowymi algorytmami w celu zmniejszenia narzutu transferu danych między systemami klasycznymi a kwantowymi, umożliwiając zastosowanie jąder kwantowych do danych strumieniowych.

W branży telekomunikacyjnej obliczenia kwantowe wykazują potencjał dostarczania rozwiązań w zakresie routingu ruchu sieciowego i równoważenia obciążenia, emisji gazów cieplarnianych/zużycia energii oraz kontekstowej segmentacji klientów. Vodafone współpracuje z IBM Quantum, aby pomóc w walidacji i rozwoju potencjalnych zastosowań kwantowych w telekomunikacji.

Sprawdź to

• Przeczytaj raport McKinsey o tym, jak obliczenia kwantowe mogą przyspieszyć rozwój technologii klimatycznych, aby przekształcić walkę ze zmianami klimatycznymi: „Quantum Computing Might Just Save the Planet.”

Kluczowe wnioski

Oczekuje się, że obliczenia kwantowe będą miały silny wpływ na sektory Chemii i Ropy Naftowej, Dystrybucji i Logistyki, Usług Finansowych, Opieki Zdrowotnej i Nauk o Życiu oraz Produkcji.

Przykładowe zastosowania obliczeń kwantowych obejmują:

• Symulowanie dynamiki kwantowej w celu przyspieszenia odkrywania materiałów
• Zarządzanie ryzykami i szansami związanymi z portfelami finansowymi
• Odkrywanie nowych leków i struktur białek
• Optymalizację zdecentralizowanych systemów energetycznych

Obliczenia kwantowe mogą pomóc w rozwiązywaniu zastosowań, które obejmują

• Symulowanie natury
• Sztuczną inteligencję
• Optymalizację

Liderzy biznesowi powinni przygotować się na tę nową technologię, oceniając gotowość już teraz. Można to zrobić, identyfikując mistrza obliczeń kwantowych, oceniając, które obszary ich działalności mogą zostać dotknięte przez obliczenia kwantowe, rozwijając odpowiednie umiejętności i eksperymentując z prawdziwym komputerem kwantowym. Przejdź do następnego modułu, aby dowiedzieć się więcej o zasobach IBM w dziedzinie obliczeń kwantowych i o tym, jak Twoja organizacja może stać się gotowa na kwantową przyszłość.