Obchodní dopady

Cíle učení

Po absolvování tohoto modulu bys měl(a) být schopen(na):

• Rozpoznat výhody prozkoumávání kvantové výpočetní techniky již nyní.
• Zjistit, v jakých odvětvích a aplikacích kvantová výpočetní technika vykazuje příslib.

Potenciální průmyslové aplikace kvantové techniky

Klasické superpočítače mají problémy s řešením úloh, v nichž mnoho proměnných interaguje složitými způsoby – například s modelováním chování molekul. Tato klasická omezení brání pokroku v celé řadě odvětví a zpomalují důležitý výzkum ve fyzice, chemii, vědě o materiálech a dalších oblastech.

Aby vědci pochopili, jak se určitá molekula bude chovat, musí ji obvykle syntetizovat a experimentovat s ní v reálném světě. Aby viděli, jak by ji drobná úprava ovlivnila, musí zpravidla syntetizovat novou verzi a celý experiment zopakovat od začátku. Jde o nákladný a časově náročný postup. Brzdí vývoj pevnějších a lehčích materiálů pro letecký a kosmický průmysl, omezuje vývoj polovodičů a zpomaluje pokrok v lékařských vědách. Kvantová výpočetní technika by nám mohla pomoci překonat bariéry složitosti.

Očekáváme, že kvantová výpočetní technika bude mít největší dopad v oblastech, jako jsou strojové učení, simulace přírodních systémů a tvorba užitečných nových materiálů.

IBM® zkoumá odvětví, v nichž se od kvantové výpočetní techniky očekávají příležitosti. Obrázek níže uvádí několik případů užití pro různá odvětví a následující části této lekce popisují, jak někteří naši partneři tyto případy užití prozkoumávají.

Distribuce a logistika

Když přemýšlíš o superpočítačích, možná tě napadnou národní laboratoře. Ale věděl(a) jsi, že jeden z největších superpočítačů provozuje Walmart? Jak poukazuje článek McKinsey, cestovní ruch, doprava a logistika jsou oblasti slibné pro kvantovou výpočetní techniku.

Mnohé z největších výpočetních systémů jsou věnovány řešení optimalizačních problémů a problémů s umělou inteligencí v leteckém průmyslu, logistice, maloobchodě a odvětvích spotřebního zboží. Rozsáhlé a složité problémy optimalizace a simulace scénářů se objevují v síťovém plánování, trasování, plánování harmonogramů, oceňování, nakládce nákladu a řízení narušení. Poskytování nezapomenutelných zákaznických zážitků prostřednictvím individualizovaného obsahu a včasných a relevantních doporučení pohánějí vyvíjející se modely umělé inteligence. Problém složitosti však obvykle roste exponenciálně s velikostí úlohy.

NC State ve spolupráci s Delta Air Lines zkoumala aplikaci kvantové technologie na optimalizaci přidělování letištních bran. Potenciální případy užití pro letecké společnosti zahrnují efektivnější simulaci řízení narušení, plánování letecké sítě a optimalizaci nákladu letadel.

V logistickém odvětví, které čelí výraznému nárůstu online obchodu, mohou být kvantové počítače schopny podpořit globální optimalizaci tras a jejich časté přeoptimalizování s cílem vytvářet ziskové multimodální dopravní služby a doručovací služby na poslední míli. Kvantová výpočetní technika může pomoci simulovat dopady logistických narušení s vyšší přesností a podpořit udržitelné logistické procesy, jako je optimalizace kontejnerové lodní přepravy.

Integrovaná klasicko-kvantová řešení mohou zlepšit profilování zákazníků a doporučení nejvhodnější další akce pro maloobchodní odvětví a odvětví spotřebního zboží. Neustálé inovace nových produktů jsou pro tato odvětví klíčovým faktorem a kvantová výpočetní technika by mohla sehrát kritickou roli při vývoji a testování nových produktů. Zefektivnění dodavatelského řetězce prostřednictvím optimalizace může lépe podpořit úsilí firem orientovat se ve složitosti a zvládat rovnováhu mezi nedostatkem a přebytkem zásob.

Kvantové počítače poskytují nástroj k nahlížení na tyto problémy jiným způsobem. Vědci pokračují v experimentování s lepšími algoritmy použitelnými na tyto problémy. V anticipaci komerční kvantové výpočetní techniky přední společnosti identifikují a testují případy užití, jež generují interní kvantové kapacity. Čím lépe je případ užití navržen, tím pravděpodobnější je, že přinese obchodní hodnotu. Vezměme si například případ užití rozuzlování provozních narušení v letových řádech a personálním obsazení. Tento případ užití je slibný, protože má v budoucnu potenciál nabídnout průlomové řešení základního obchodního problému; existuje stávající, byť suboptimální, klasická alternativa; a kvantové algoritmy již prokázaly svou účinnost při výběru nejlepších scénářů v Monte Carlo simulacích využívaných v bankovnictví a financích. Strategické případy užití jako tento zohledňují krátkodobou technickou proveditelnost; berou v úvahu potenciál kvantové výpočetní techniky překonat klasické alternativy; a hodnotí předpokládaný obchodní dopad, určený výsledky trhu, konkurenčními důsledky a finančním dopadem. U některých klíčových obchodních problémů může mít i nepatrná výhoda významný dopad.

Podívej se na toto

Prostuduj si tyto zdroje, kde se dozvíš více o případech užití kvantové výpočetní techniky v maloobchodě, spotřebním zboží, cestovním ruchu a dopravním průmyslu.

• Přečti si zprávu IBM o prozkoumávání případů užití kvantové výpočetní techniky pro letecké společnosti: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Airlines."
• Přečti si zprávu IBM Institute for Business Value o kvantové logistice: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Logistics."

Finanční služby

Bankovnictví, finanční trhy a pojišťovny se zabývají řízením rizik. Obři z Wall Street, jako jsou JPMorgan Chase a Goldman Sachs, doufají, že jim kvantová výpočetní technika dá výhodu ve hře pravděpodobností a umožní jim lépe řídit hrozby a příležitosti spojené s jejich portfolii. Kvantové počítače by také mohly finančním odborníkům pomoci zdokonalit Monte Carlo simulace – matematické modely předpovídající možné výsledky složitých rozhodovacích stromů za účelem maximalizace zisku. Mezi další oblasti kvantového experimentování patří detekce podvodů, boj proti praní peněz, kreditní skórování, přesné profilování zákazníků, efektivnější řízení rizik a optimalizace cenových modelů.

Výzkumníci IBM vyvinuli kvantový algoritmus, který překonává tradiční přístup k Monte Carlo vzorkování. V Monte Carlo simulaci počítač odebírá mnoho náhodných vzorků z dané pravděpodobnostní distribuce, aby zjistil, který výsledek je nejpravděpodobnější. Snížení chyby předpovídaného výsledku Monte Carlo simulace o faktor $1/X$ vyžaduje $X^2$ dalších tradičních vzorků, ale pouze $X$ dalších kvantových vzorků. Dopad tohoto tvrzení lze vnímat dvěma způsoby: (1) s kvantovým počítačem lze dosáhnout pevné hladiny spolehlivosti rychleji, nebo (2) pro pevný čas ti kvantový počítač poskytne větší jistotu ve svou odpověď, než by poskytlo klasické řešení Monte Carlo.

Podle zprávy "Getting Your Financial Institution Ready for the Quantum Computing Revolution" od IBM Institute for Business Value zkoumají finanční instituce kvantovou výpočetní techniku s cílem dramaticky urychlit nesmírně složité výpočty a zlepšit jejich přesnost. Za tímto účelem výzkumníci IBM vytvořili kvantový finanční simulátor pro oceňování opcí. Pomocí softwarových nástrojů a kvantových algoritmů vyvinutých IBM pro oceňování opcí, které se lépe škálují než tradiční metody, experimentují členové sítě IBM Quantum® Network s financemi a kvantovou výpočetní technikou.

JPMorgan Chase navázal partnerství s IBM Quantum pro předpovídání ceny finančních opcí a zlepšení detekce podvodů a posouzení úvěruschopnosti.

PayPal navázal partnerství s IBM s cílem zjistit, jak využít kvantovou výpočetní techniku pro detekci podvodů, operace s úvěrovým rizikem a celkovou bezpečnostní pozici.

HSBC spolupracuje s IBM na urychlení připravenosti na kvantovou výpočetní techniku. HSBC plánuje prozkoumat využití kvantové výpočetní techniky pro oceňování a optimalizaci portfolia, k dosažení svých cílů v oblasti nulových emisí a ke zmírnění rizik a podvodných aktivit. Více informací najdeš v tomto článku: "HSBC Working with IBM to Accelerate Quantum Computing Readiness."

Podívej se na toto

• Prozkoumej případy užití kvantové výpočetní techniky pro finanční služby v této zprávě IBM Institute for Business Value: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Financial Services."

• Pro přehled technických metod kvantové výpočetní techniky použitelných ve financích si přečti tento článek týmu IBM Quantum publikovaný v IEEE Transactions of Quantum Engineering: "Quantum Computing for Finance: State-of-the-Art and Future Prospects."

Zdravotnictví a přírodní vědy

V tomto sektoru existuje celá řada výpočetně náročných problémů, které pohání explozivní nárůst reálných dat i genomických dat – a které konvenční výpočetní technika nedokáže dostatečně zvládnout.

Ve zdravotnictví může kvantová informatika pomoci řešit složité výzvy v oblasti diagnostiky, personalizované medicíny a stanovování cen pojištění.

V přírodních vědách může kvantová informatika urychlit objevování nových léků a proteinových struktur.

Ústřední roli trojrozměrné (3D) struktury proteinu při vývoji léků vědci zkoumají již mnoho let. Předpověď 3D struktury z primární sekvence aminokyselin se označuje jako problém skládání proteinů. Výzkumníci IBM ukázali, jak lze kvantovou informatiku využít k řešení tohoto problému.

Cleveland Clinic spolupracuje s IBM s cílem zásadně urychlit tempo objevů ve zdravotnictví a přírodních vědách prostřednictvím vysoce výkonné výpočetní techniky v hybridním cloudu, umělé inteligence (AI) a technologií kvantové informatiky. Více se dozvíš v článku „Cleveland Clinic and IBM Unveil Landmark 10-Year Partnership to Accelerate Discovery in Healthcare and Life Sciences."

Amgen ve spolupráci s IBM Quantum zkoumal kvantové strojové učení pro modelování zdraví populace na základě elektronických zdravotních záznamů. Více se dozvíš v článku „Quantum Kernels for Real-World Predictions Based on Electronic Health Records."

Podívej se na toto

• Prozkoumat případy využití kvantové informatiky ve zdravotnictví můžeš v této zprávě IBM Institute for Business Value: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Healthcare."

• Případy využití kvantové informatiky v přírodních vědách najdeš v přehledu IBM Institute for Business Value: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Life Sciences."

Průmyslová diskrétní výroba

Výroba se může stát jedním z prvních odvětví, které z kvantové informatiky profituje. Potenciálními oblastmi dopadu jsou například případy využití v chemii a materiálech, optimalizační aplikace v plánování výroby, výrobě, logistice a dodavatelském řetězci, ale i strojové učení pro řízení kvality. Tento grafický přehled znázorňuje kategorizaci potenciálních případů využití kvantové informatiky ve výrobě.

Mnoho společností zkoumá potenciální aplikace kvantové informatiky v leteckém, automobilovém a elektrotechnickém průmyslu.

Kvantové aplikace v leteckém a obranném průmyslu zahrnují optimalizaci letových tras, výpočetní dynamiku tekutin a vývoj materiálů.

Automobilový průmysl by mohl potenciálně těžit z kvantové informatiky v řadě oblastí, jako jsou návrh a vývoj nových baterií, ověřování a validace softwaru, automatizace výroby, řízení kvality a systémy pokročilé asistence řidiče. Daimler Mercedes-Benz využil kvantovou informatiku k optimalizaci přepravní logistiky a chemie automobilových baterií. Ben Boeser, ředitel inovací severoamerické divize R&D společnosti, říká, že vývoj a zdokonalování energeticky hustějších bateriových technologií by mohl „odemknout miliardovou příležitost". Simulace všech různých molekulárních vlastností a chování přesahuje výpočetní výkon i dnešních superpočítačů. Kvantová informatika nabízí potenciální způsob, jak urychlit proces simulace. Boeser poznamenává, že „mnohaleté testování a validace nové bateriové technologie by mohly vést ke zmeškaným příležitostem na trhu, pokud bude tato práce zpožděna" – to je důvod, proč Daimler Mercedes-Benz spolupracoval s IBM Quantum na využití kvantové techniky pro výzkum baterií s tím, jak technologie pokračuje ve vývoji.

V elektrotechnice by kvantová informatika mohla zlepšit propustnost výroby pomocí komplexního dynamického plánování výroby čipů, optimalizovat výkon produktů – například výkon čipů, spotřebu energie a plochu – a dokonce urychlit komercializaci pokročilých materiálů díky rozsáhlejším a přesnějším molekulárním simulacím. JSR spolupracuje s IBM Quantum na zkoumání toho, jak může kvantová informatika posunout výzkum polovodičových čipů, konkrétně ve vývoji a výrobě fotorezistu.

Podívej se na toto

• Přečti si zprávu IBM Institute for Business Value o tom, jak může kvantová informatika pomoci elektrotechnickému průmyslu při vývoji materiálů, návrhu produktů a chytřejší výrobě: „Exploring Quantum Computing Use Cases for Electronics."
• Daimler-Benz zkoumá, jak může kvantová informatika urychlit vývoj nových materiálů pro baterie, zdokonalit výrobní techniky v automobilovém průmyslu a zlepšit zážitek z produktu.

Průmyslová procesní výroba

„Víme to v kostech – existují obrovské globální výzvy, se kterými se v dohledné budoucnosti potýkáme. Až kvantová informatika dosáhne takového měřítka, že bude naprosto převratná, budeme připraveni," říká Dr. Vijay Swarup, viceprezident pro výzkum a vývoj společnosti ExxonMobil. ExxonMobil a IBM společně nedávno prokázali pokroky v používání kvantových počítačů pro přesný výpočet termodynamických veličin, čímž ukázali, jak se kvantová technika může stát nástrojem nové generace pro chemiky a chemické inženýry vyvíjející pokročilá energetická řešení. Případy využití pro ExxonMobil tím nekončí – společnost se snaží řešit složité energetické výzvy. Podívej se, jak ExxonMobil využívá kvantové počítače k přepravě čistějších paliv.

IBM spolupracuje se společností Mitsubishi Chemical, partnerem sítě IBM Quantum prostřednictvím IBM Quantum Keio Hub, na různých potenciálních kvantových aplikacích. Jejich publikace z roku 2019 „Computational Investigations of the Lithium Superoxide Dimer Rearrangement on Noisy Quantum Devices" by mohla být zásadní pro budoucí vývoj baterií. Článek v EE Times „Battery Research Advances Quantum Computing Capabilities" přináší více informací o tomto výzkumu, po němž rychle následovaly dva další výzkumné články – jeden o „Applications of Quantum Computing for Investigations of Electronic Transitions in Phenylsulfonyl-Carbazole TADF Emitters" a jeden o „Quantum-Classical Computational Molecular Design of Deuterated High-Efficiency OLED Emitters." Jejich posláním je modelovat a analyzovat hluboké molekulární struktury potenciálních nových OLED materiálů.

Podívej se na toto

Projdi si zde uvedené zdroje a dozvíš se více o tom, jak kvantové počítače IBM ovlivňují tato odvětví.

• Přečti si zprávu IBM „Exploring Quantum Use Cases for Chemicals and Petroleum."

• Viz případová studie klienta: ExxonMobil využívá kvantovou informatiku k vývoji přesnějších technik chemické simulace v energetických technologiích a řešeních.

• Přečti si tuto zprávu McKinsey o potenciálu, který vidí v chemickém a ropném sektoru: „The Next Big Thing? Quantum Computing's Potential Impact on Chemicals."

• Přečti si, jak IBM a partneři urychlují objev nových způsobů zmírňování klimatických změn.

Energetika a veřejné služby

„Energetické společnosti hrají klíčovou roli při pomoci průmyslu, firmám a spotřebitelům dosáhnout cílů nulových emisí," říká Gregor Pillen, generální ředitel IBM DACH. „Realizace tohoto cíle ale vyžaduje sofistikované technologie, které energetickým společnostem pomohou lépe předpovídat a optimalizovat síť podle poptávky a zvyšovat využití čisté, obnovitelné energie. Kvantová informatika nabízí výpočetní schopnosti, které energetickým společnostem pomohou orientovat se v této nové, udržitelnější budoucnosti."

V rámci svého úsilí o dekarbonizaci navázala společnost E.ON partnerství s IBM s cílem prozkoumat potenciál kvantové informatiky pro optimalizaci stále více decentralizované světové energetické infrastruktury. „Zapojíš svůj elektromobil k nabití baterie a možná máš solární panel, který napájí tvůj dům i auto. Ale můžeš tu přebytečnou energii prodat sousedům za rohem? Proč musíš čerpat energii ze vzdálenosti tisíců kilometrů vyrobenou v elektrárně spalující plyn?" ptá se Corey O'Meara, vedoucí kvantové informatiky digitálních technologií E.ON (viz „IBM Panel Highlights Quantum Role in Sustainability"). Kvantové výpočetní algoritmy by mohly být klíčem ke zvládnutí složitosti, která vzniká, když jsou do sítě zapojeny další prvky.

Potenciál kvantové informatiky pro objev nových materiálů určených ke zlepšení výroby, přenosu a ukládání energie je jedním z důvodů, proč bp uzavírá spojenectví s IBM Quantum s cílem dosáhnout svých cílů nulových emisí.

Woodside Energy, partner IBM, experimentuje s novými algoritmy ke snížení režie přenosů dat mezi klasickými a kvantovými systémy, což umožňuje aplikovat kvantová jádra na streamovaná data.

V telekomunikačním průmyslu vykazuje kvantová informatika potenciál pro řešení v oblasti směrování síťového provozu a vyrovnávání zátěže, spotřeby GHG/energie a kontextové segmentace zákazníků. Vodafone spolupracuje s IBM Quantum, aby pomohl ověřovat a rozvíjet potenciální případy využití kvantové informatiky v telekomunikacích.

Podívej se na toto

• Přečti si tuto zprávu McKinsey o tom, jak by kvantová informatika mohla urychlit vývoj klimatických technologií a změnit boj proti klimatickým změnám: „Quantum Computing Might Just Save the Planet."

Klíčové poznatky

Kvantová informatika by měla mít silný dopad v sektorech chemie a ropy, distribuce a logistiky, finančních služeb, zdravotnictví a přírodních věd a výroby.

Příklady aplikací kvantové informatiky zahrnují:

• Simulaci kvantové dynamiky pro urychlení objevování materiálů
• Řízení rizik a příležitostí souvisejících s finančními portfolii
• Objevování nových léků a proteinových struktur
• Optimalizaci decentralizovaných energetických systémů

Kvantová informatika může pomoci řešit aplikace zahrnující

• Simulaci přírody
• Umělou inteligenci
• Optimalizaci

Vedoucí pracovníci by se měli na tuto novou technologii připravit tím, že již nyní vyhodnotí svou připravenost. Mohou tak učinit identifikací ambasadora kvantové informatiky, vyhodnocením oblastí jejich podnikání, které by mohla kvantová informatika ovlivnit, rozvojem správných dovedností a experimentováním s reálným kvantovým počítačem. Pokračuj na další modul a dozvíš se více o zdrojích IBM pro kvantovou informatiku a o tom, jak se tvá organizace může stát připravenou na kvantovou éru.