IBM 商业价值研究院:量子计算,即将到来(附下载)

量子计算已接近商业化阶段,有很大的潜力改变我们的世界。利用量子计算的独特能力来解决特定类型问题的早期采用者,有可能在建立新型业务模式方面实现突破。富有远见卓识的企业已经开始调整战略方向,为新兴的量子计算生态系统做好准备,成为“量子就绪型企业”。这些具有前瞻性思维的企业正在探索用于解决复杂业务问题的用例和相关算法。本报告将讨论量子计算给企业带来的模式转变,说明企业为何需要立即采取行动,并提出五项建议,推动企业走上利用量子计算创造业务优势之路。

何为量子计算?
量子计算利用了自然科学中发现的量子力学定律,有潜力从根本上改变传统的信息处理方式。量子行为的两个特性,也就是叠加和纠缠,使量子计算机有能力解决目前的常规或传统机器无能为力的问题:

  • 叠加。传统计算机使用的是只包含“1”或“0”的二进制位。而量子计算机则使用量子位,可以描述“1”、“0”或者量子位的可能状态的任意组合(称为“叠加”)。因此,具有 n 个量子位的量子计算机通过这些量子位彼此叠加,形成了 2n 种可能性。这使量子计算机具有指数级数量的状态,因此能够比传统计算机更有效地解决一些特定类型的问题。
  • 纠缠。在量子世界,甚至相距光年的两个量子位仍能以强相关的方式发挥作用。量子计算正是借助这种纠缠特性,利用量子位之间的相互依赖性破解问题。

Useit从报告发现,量子的叠加和纠缠特性使量子计算机能够快速研究一系列可能性,以确定有助于推动业务价值的最佳答案。由于未来的量子计算机在计算某些问题时,速度要比传统计算机快上几个指数级(见图1),因此有望解决极为复杂的业务难题。尽管传统计算机存在局限性,但在可以预见的未来,量子计算机并不会完全取代它们的作用。相反,结合了量子与传统架构的混合型计算机有望浮出水面,将一部分难题“外包”给量子计算机。

量子计算有潜力彻底转变某些行业。例如,鉴于传统计算机无法精确求解方程,导致当前的计算化学方法严重依赖于近似值。而量子算法有望在更长的时间范围内进行准确的分子模拟,从而实现目前无法做到的精确建模。这有助于更快发现能够挽救生命的药物,并显著缩短药物开发周期。

Useit从报告发现,量子计算还有望解决当前令人束手无策的复杂的物流优化问题,从而实现可观的成本节省,显著减少碳排放。我们以量子计算帮助价值数万亿美元的航运业改善全球航线为例。即使量子计算只能将集装箱利用率和运输量提高哪怕一点点,也能为运输企业节省数亿美元的成本。为了利用量子计算的优势获得更多利润,领先竞争对手,前瞻性的企业已开始培养专业能力,探索能给自己的行业带来好处的用例。



量子优势迎来曙光
量子计算机能够解决传统计算机无能为力的一些业务问题 — 我们通常将这种能力称之为“量子优势”,而实现这一优势的时刻离我们越来越近了。例如,“恒定深度”的量子电路已展现出远超传统电路的优势。说明了面向特定业务用例的量子优势。确切地说,由于面向特定用例的量子优势尚不明确,因此,有关未来五年内量子计算市场价值的预测也天差地别 — 从大约 5 亿美元到 290 亿美元不等。

量子用例的商业化
由于人们对这项新技术所能创造的商机充满期待,导致量子计算生态系统呈现出加速发展态势。初创企业不断涌现,研究机构与技术提供商之间的合作层出不穷,大家都在希望将量子研究成果转化为商用能力。开发量子计算机的科技公司已经开始与企业合作,以确定潜在用例,开发量子算法,并在真正的量子计算机上测试解决方案。随着量子技术的商业合作如雨后春笋般不断涌现,第一批量子商业应用指日可待。

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