量子計算有哪些業(yè)務(wù)價(jià)值？如何幫助企業(yè)實(shí)現目標？

  ICC訊  量子計算是一種不斷發(fā)展的新技術(shù)，有望增強一系列業(yè)務(wù)操作?；陉P(guān)注自然界最小維度的量子力學(xué)(例如分子、原子和亞原子粒子)，量子計算機旨在為復雜的業(yè)務(wù)問(wèn)題提供更快的解決方案。

  量子計算的基礎是一個(gè)被稱(chēng)為“量子比特”的信息單位。與只有“0”或“1”數值的經(jīng)典比特不同的是，量子比特可以有介于“0”和“1”之間的任何形式，實(shí)現“疊加”。如果結合起來(lái)，多個(gè)量子比特就可以在同一時(shí)間產(chǎn)生許多結果。每增加一個(gè)量子比特，其搜索空間將會(huì )呈指數級增長(cháng)。

  許多企業(yè)都在研究量子如何促進(jìn)業(yè)務(wù)發(fā)展，并提供新的用例。比如Reply公司正在探索如何利用量子計算為物流、投資組合管理和故障檢測等領(lǐng)域提供更優(yōu)化的解決方案。

  量子計算可能帶來(lái)的業(yè)務(wù)價(jià)值

  Reply公司數據科學(xué)家、量子計算實(shí)踐負責人Johannes Oberreuter對于量子計算如何幫助企業(yè)實(shí)現目標進(jìn)行了闡述和分析。

  首先，該公司發(fā)現第一件能帶來(lái)價(jià)值的事情是優(yōu)化問(wèn)題。其中一個(gè)例子是‘旅行推銷(xiāo)員問(wèn)題’，它在物流領(lǐng)域有很多應用，也需要考慮到復雜性和限制因素，比如在新冠疫情蔓延期間。

  在通常情況下，那些被發(fā)現過(guò)于復雜而無(wú)法在傳統硬件上優(yōu)化的問(wèn)題，會(huì )通過(guò)一些啟發(fā)式方法來(lái)解決。通常，在該領(lǐng)域有經(jīng)驗的團隊或個(gè)人可以幫助解決這個(gè)問(wèn)題，但他們還不知道現在是否有更好的解決方案。量子計算允許以一種類(lèi)似于愿望清單的結構化方式來(lái)呈現問(wèn)題，包含所有的業(yè)務(wù)復雜性。它們都被編碼到一個(gè)目標函數中，然后可以用結構化的方式求解。

  一些企業(yè)已經(jīng)使用了各種算法和方法試圖解決優(yōu)化問(wèn)題。尋找具有目標函數的最優(yōu)解仍然是一個(gè)難以解決的問(wèn)題，但在這里，量子計算機可以解決這個(gè)問(wèn)題?！?

  不斷攀升的量子比特數

  Oberrenter表示，一旦量子計算機參與到問(wèn)題解決過(guò)程中，就能真正找到最優(yōu)解決方案。雖然目前適用于此類(lèi)問(wèn)題的量子計算機現在有5000多個(gè)量子比特，但許多采用Reply公司服務(wù)的用戶(hù)經(jīng)常發(fā)現，他們所遇到的問(wèn)題需要16000～20000個(gè)變量，這需要在該領(lǐng)域取得更多進(jìn)展。

  他表示，“可以通過(guò)近似來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，我們一直在編寫(xiě)一個(gè)程序來(lái)確定這個(gè)目標函數的近似解，我們已經(jīng)在通常所需的量子比特數之外進(jìn)行了測試。該系統的設置防止運行時(shí)間呈指數級增長(cháng)，從而使業(yè)務(wù)友好的運行時(shí)間縮短了幾秒鐘。雖然這降低了解決方案的質(zhì)量，但我們得到的結果比業(yè)務(wù)啟發(fā)方式提供的結果要好出10%～15%?！?

  通過(guò)概念驗證，Reply公司已經(jīng)能夠幫助客戶(hù)克服缺乏量子專(zhuān)業(yè)知識的挑戰。通過(guò)利用和積累該領(lǐng)域的經(jīng)驗，采用“齊心協(xié)力”的方法有助于闡明如何更有效地開(kāi)發(fā)解決方案。

  量子機器學(xué)習

  在過(guò)去的幾年，機器學(xué)習在幫助數據業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化方面越來(lái)越突出，并幫助企業(yè)更快地實(shí)現目標。然而，機器學(xué)習項目有時(shí)會(huì )遇到缺乏數據和計算成本的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Reply公司一直在關(guān)注量子計算帶來(lái)的解決問(wèn)題的能力。

  Oberreuter解釋說(shuō):“我們發(fā)現，量子機器學(xué)習可以找到更好的解決方案，即使目前可用的硬件有限。雖然可能永遠不會(huì )有端到端的量子機器學(xué)習工作流，但將量子計算集成到當前的機器學(xué)習工作流中是有用的。

  一些云計算供應商現在提供量子處理器(QPU)。在復雜任務(wù)的深度學(xué)習設置中，如果它改進(jìn)了當前的模型，可以通過(guò)單個(gè)調用輕松地從云計算提供商租用它進(jìn)行試驗。

  Oberreuter表示，“從我們對寶馬公司和AWS公司承擔的量子挑戰的貢獻中，我們發(fā)現有趣的是機器學(xué)習模型與量子模型的結合。前者非常擅長(cháng)從圖像等非結構化數據中提取屬性，然后用量子表示將其結合起來(lái)，這為分類(lèi)提供了優(yōu)勢?！?

  量子網(wǎng)絡(luò )安全

  此外，人們正在探索量子技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò )安全，他們認為量子計算機很快就可以解決當前技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題。Reply公司引用了一種特殊的算法，它可以通過(guò)量子計算來(lái)解決，這就是RSA密鑰加密算法，雖然這種算法目前被認為是安全的，但估計只需要6000個(gè)無(wú)錯誤的量子比特能夠在兩周的時(shí)間內破解。

  Oberreter說(shuō)：“用于網(wǎng)絡(luò )安全的量子技術(shù)現在已經(jīng)上市，我們正在向客戶(hù)提供這種技術(shù)，以抵御這種網(wǎng)絡(luò )安全方面的威脅。量子力學(xué)有一個(gè)所謂的‘不克隆定理’，它可以防止用戶(hù)復制通過(guò)通信通道發(fā)送的消息。為了實(shí)現這一點(diǎn)，關(guān)鍵是需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的量子通道。我們有專(zhuān)門(mén)從事網(wǎng)絡(luò )安全的專(zhuān)家，他們一直在努力設計這些產(chǎn)品?！?