Från att simulera nya och mer effektiva material till att förutsäga hur aktiemarknaden kommer att förändras med större precision, konsekvenserna av kvantberäkning för företag är potentiellt enorma.
Bild: IonQ
Världens största företag lanserar nu kvantberäkningsprogram och regeringar öser pengar på kvantforskning. För system som ännu har visat sig användbara, får kvantdatorer verkligen mycket uppmärksamhet.
Å andra sidan, precis som kvantdatorer kan simulera alla partikelinteraktioner som pågår inom en molekyl samtidigt för att förutsäga dess beteende, så skulle de kunna modellera hur otaliga miljöfaktorer alla går samman för att skapa en stor storm, en orkan eller en värmebölja.
SE: Forskare använder kvantdatorer för att hjälpa dem att upptäcka tecken på liv på andra planeter
Och eftersom kvantdatorer skulle kunna analysera praktiskt taget all relevant data på en gång, kommer de sannolikt att generera förutsägelser som är mycket mer exakta än nuvarande väderprognoser. Detta är inte bara bra för att planera ditt nästa utomhusevenemang: det kan också hjälpa regeringar att bättre förbereda sig för naturkatastrofer, samt stödja forskning om klimatförändringar.
Forskningen inom detta område är tystare, men partnerskap växer fram för att titta närmare på potentialen hos kvantdatorer. Förra året, till exempel, lanserade European Centre for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF) ett partnerskap med IT-företaget Atos som inkluderade tillgång till Atos kvantdatorsimulator, i ett försök att utforska hur kvantberäkning kan påverka väder- och klimatförutsägelser i framtida.
4. Att välja aktier
JP Morgan, Goldman Sachs och Wells Fargo undersöker alla aktivt kvantdatorernas potential för att förbättra effektiviteten i bankverksamheten – ett användningsfall som ofta presenteras som ett som skulle kunna komma med stora ekonomiska belöningar.
Det finns flera sätt som tekniken skulle kunna stödja bankernas verksamhet, men ett som redan visar sig lovande är tillämpningen av kvantberäkning på en procedur som kallas Monte Carlo-simulering.
SE: Kvantberäkning är i ett tidigt skede. Men investerare börjar redan bli exalterade
Monte Carlo-verksamheten består av prissättning av finansiella tillgångar baserat på hur priset på relaterade tillgångar förändras över tiden, vilket innebär att det är nödvändigt att ta hänsyn till risken i olika optioner, aktier, valutor och råvaror. Proceduren handlar i huvudsak om att förutsäga hur marknaden kommer att utvecklas – en övning som blir mer exakt med större mängder relevant data.
Kvantdatorers oöverträffade beräkningsförmåga skulle kunna påskynda Monte Carlo-beräkningar med upp till 1 000 gånger, enligt forskning utförd av Goldman Sachs tillsammans med kvantberäkningsföretaget QC Ware. I ännu mer lovande nyheter har Goldman Sachs kvantingenjörer nu justerat sina algoritmer för att kunna köra Monte Carlo-simuleringen på kvanthårdvara som kan vara tillgänglig om så lite som fem år.
5. Bearbetningsspråk
I decennier har forskare försökt lära klassiska datorer hur man associerar mening med ord för att försöka förstå hela meningar. Detta är en enorm utmaning med tanke på språkets natur, som fungerar som ett interaktivt nätverk: snarare än att vara “summan” av betydelsen av varje enskilt ord, måste en mening ofta tolkas som en helhet. Och det är innan man ens försöker förklara sarkasm, humor eller konnotation.
Som ett resultat kan även toppmoderna klassiska algoritmer för naturlig språkbehandling (NLP) fortfarande kämpa för att förstå innebörden av grundläggande meningar. Men forskare undersöker om kvantdatorer kan vara bättre lämpade att representera språk som ett nätverk — och därför att bearbeta det på ett mer intuitivt sätt.
Fältet är känt som kvantnaturligt språkbehandling (QNLP) ), och är ett nyckelfokus för Cambridge Quantum Computing (CQC). Företaget har redan experimentellt visat att meningar kan parametriseras på kvantkretsar, där ordbetydelser kan bäddas in i enlighet med meningens grammatiska struktur. Mer nyligen släppte CQC lambeq, en mjukvaruverktygssats för QNLP som kan konvertera meningar till en kvantkrets.
6. Hjälper till att lösa problemet med resande säljare
En säljare får en lista över städer de behöver besöka, samt avståndet mellan varje stad, och måste komma på rutten som sparar mest restid och kostar minst pengar. Hur enkelt det än låter är problemet med “resande säljare” ett problem som många företag ställs inför när de försöker optimera sina leveranskedjor eller leveransvägar.
För varje ny stad som läggs till i säljarlistan multipliceras antalet möjliga rutter. Och i omfattningen av ett multinationellt företag, som sannolikt kommer att hantera hundratals destinationer, några tusen flottor och strikta deadlines, blir problemet alldeles för stort för att en klassisk dator ska kunna lösas inom rimlig tid.
< p>Energijätten ExxonMobil, till exempel, har försökt att optimera den dagliga rutten för handelsfartyg som korsar haven — det vill säga mer än 50 000 fartyg med upp till 200 000 containrar vardera, för att flytta varor med ett totalt värde av 14 biljoner dollar.
SE: Quantumdatorer kunde läsa alla dina krypterade data. Denna “kvantsäkra” VPN syftar till att stoppa det
Vissa klassiska algoritmer finns redan för att tackla utmaningen. Men med tanke på det stora antalet möjliga vägar att utforska, måste modellerna oundvikligen tillgripa förenklingar och approximationer. ExxonMobil gick därför ihop med IBM för att ta reda på om kvantalgoritmer kunde göra ett bättre jobb.
Kvantdatorers förmåga att ta på sig flera beräkningar samtidigt innebär att de kan köra igenom alla olika rutter samtidigt, vilket gör att de kan upptäcka den mest optimala lösningen mycket snabbare än en klassisk dator, som skulle behöva utvärdera varje alternativ sekventiellt.< /p>
ExxonMobils resultat verkar lovande: simuleringar tyder på att IBM:s kvantalgoritmer kan ge bättre resultat än klassiska algoritmer när hårdvaran har förbättrats.
7. Minska trängsel
Att optimera tidpunkten för trafiksignaler i städer, så att de kan anpassa sig till antalet fordon som väntar eller tiden på dygnet, skulle kunna göra en lång väg mot att jämna ut flödet av fordon och undvika trängsel i trafikerade korsningar.
Detta är ett annat problem som klassiska datorer tycker är svårt: ju fler variabler det finns, desto fler möjligheter måste systemet beräkna innan den bästa lösningen hittas. Men precis som med resandeförsäljarproblemet kunde kvantdatorer bedöma olika scenarier samtidigt och nå det mest optimala resultatet mycket snabbare.
Microsoft har arbetat med detta användningsfall tillsammans med Toyoto Tsusho och quantum datorstart Jij. Forskarna har börjat utveckla kvantinspirerade algoritmer i en simulerad stadsmiljö, med målet att minska trängseln. Enligt experimentets senaste resultat kan metoden minska trafikens väntetider med upp till 20 %.
8. Skydda känsliga uppgifter
Modern kryptografi förlitar sig på nycklar som genereras av algoritmer för att koda data, vilket innebär att endast parter som beviljats åtkomst till nyckeln har möjlighet att dekryptera meddelandet. Risken är därför tvåfaldig: hackare kan antingen fånga upp kryptonyckeln för att dechiffrera data, eller så kan de använda kraftfulla datorer för att försöka förutsäga nyckeln som har genererats av algoritmen.
Detta beror på att klassiska säkerhetsalgoritmer är deterministiska: en given ingång kommer alltid att producera samma utdata, vilket innebär att med rätt mängd beräkningskraft kan en hackare förutsäga resultatet.
Det här tillvägagångssättet kräver extremt kraftfulla datorer , och anses inte vara en kortsiktig risk för kryptografi. Men hårdvaran förbättras, och säkerhetsforskare varnar allt mer för att säkrare kryptografiska nycklar kommer att behövas någon gång i framtiden.
Ett sätt att stärka nycklarna är därför att göra dem helt slumpmässiga och ologiska – med andra ord omöjliga att gissa matematiskt.
Och som det visar sig är slumpmässighet en grundläggande del av kvantbeteende: partiklarna som utgör en kvantprocessor, till exempel, beter sig på helt oförutsägbara sätt. Detta beteende kan därför användas för att fastställa kryptografiska nycklar som är omöjliga att omvända, även med den mest kraftfulla superdatorn.
Slumptalsgenerering är en tillämpning av kvantberäkningar som redan närmar sig kommersialisering. Storbritannien-baserade startupen Nu Quantum, till exempel, håller på att slutföra ett system som kan mäta beteendet hos kvantpartiklar för att generera strömmar av slumptal som sedan kan användas för att bygga starkare kryptografiska nycklar.
Hårdvara
Framtiden för persondatorer ser ut precis som en M1 Mac Google Tensor: Allt du behöver veta om Pixel 6-chippet Walmarts tidiga Black Friday-försäljning inkluderar $87 Chromebook, $299 iPhone 12 mini Den bästa NAS:en: Nätverksanslutna lagringsenheter för ditt hem eller företag CXO