量子計算仍然是一種新興技術(shù)，但是它的潛力已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了體現(xiàn)。從醫(yī)療保健，金融到人工智能，我們分析探討了量子計算機未來重塑的行業(yè)。
量子計算機將很快比任何傳統(tǒng)計算機更快的速度解決某些問題。這些功能可能會特別影響企業(yè)應(yīng)對挑戰(zhàn)的過程，這些挑戰(zhàn)涉及大量可變因素和潛在結(jié)果，例如模擬化學(xué)相互作用，優(yōu)化物流或通過海量數(shù)據(jù)集進行分類。
這一新興技術(shù)具有重塑無數(shù)行業(yè)的潛力，但其中一些行業(yè)必須比其他行業(yè)更快地適應(yīng)。
下面，我們看一下量子計算已經(jīng)產(chǎn)生影響的9個行業(yè)。
1.醫(yī)療保健
量子計算機可以通過多種方式影響醫(yī)療保健。
例如，谷歌最近宣布，它已經(jīng)使用量子計算機來模擬化學(xué)反應(yīng)，這是這一新興技術(shù)的里程碑。盡管特定的相互作用相對簡單（當(dāng)前的經(jīng)典計算機也可以對其進行建模），但與傳統(tǒng)計算機相比，未來的量子計算機應(yīng)該能夠更加準(zhǔn)確地模擬復(fù)雜的分子相互作用。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，這可以通過更輕松地預(yù)測候選藥物的效果來幫助加快藥物發(fā)現(xiàn)的速度。
藥物發(fā)現(xiàn)可以從量子計算中獲得推動的另一個領(lǐng)域是蛋白質(zhì)折疊。CB Insights在2020年的AI 100和Digital Health 150研究中的初創(chuàng)公司ProteinQure，該公司已經(jīng)開始使用當(dāng)前的量子計算機來幫助預(yù)測蛋白質(zhì)如何在體內(nèi)折疊。對于常規(guī)計算機而言，這是一個非常困難的任務(wù)。但是，使用量子計算來解決這個問題最終可以使設(shè)計功能強大的基于蛋白質(zhì)的藥物更加容易。
資料來源：ProteinQure
最終，量子計算還可以通過允許更快的基因組分析為每個患者量身定制的治療計劃提供信息，從而帶來更好的個性化醫(yī)學(xué)方法。
基因組測序會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這意味著分析一個人的DNA需要大量的計算能力。公司已經(jīng)在迅速減少測序人類基因組所需的成本和資源。但是功能強大的量子計算機可以更快地篩選這些數(shù)據(jù)，從而使基因組測序更高效且更易于擴展。
許多制藥業(yè)巨頭對量子計算表現(xiàn)出了興趣。例如，默克的風(fēng)險投資部門參加了2020年9月Zapata的3800萬美元B輪融資。與此同時，Biogen與量子計算軟件初創(chuàng)公司1QBit和Accenture合作，建立一個比較分子的平臺，以幫助加快藥物開發(fā)的早期階段。
2.金融
金融分析師通常依靠計算模型，這些模型建立在有關(guān)市場和投資組合表現(xiàn)方式的概率和假設(shè)中。量子計算機可以通過更快地解析數(shù)據(jù)，運行更好的預(yù)測模型以及更準(zhǔn)確地權(quán)衡沖突可能性來幫助改善這些性能。它們還可以幫助解決與諸如投資組合風(fēng)險優(yōu)化和欺詐檢測之類的任務(wù)相關(guān)的復(fù)雜優(yōu)化問題。
金融量子計算機可能會改變的另一個領(lǐng)域是蒙特卡洛模擬-一種概率模擬，用于了解金融預(yù)測模型中風(fēng)險和不確定性的影響。去年，IBM發(fā)表了一項研究，該研究使用量子算法勝過傳統(tǒng)的蒙特卡洛模擬來評估金融風(fēng)險。
資料來源：IBM包括蘇格蘭皇家銀行，澳大利亞聯(lián)邦銀行，高盛，花旗集團在內(nèi)的許多金融機構(gòu)已經(jīng)投資了量子計算初創(chuàng)公司。
有些人已經(jīng)開始看到可喜的結(jié)果。RBS全球創(chuàng)新研究負責(zé)人約翰·斯圖爾特（John Stewart）告訴《泰晤士報》，該銀行能夠使用1QBit開發(fā)的量子算法，將評估不良貸款所需的時間從幾周減少到幾秒鐘。
3.網(wǎng)絡(luò)安全
量子計算可能會顛覆網(wǎng)絡(luò)安全。
強大的量子計算機有可能破壞像RSA加密這樣的加密技術(shù)，如今這些加密技術(shù)通常用于保護敏感數(shù)據(jù)和電子通信的安全。
這種前景來自Shor的算法，這是1990年代理論化的量子算法。這項技術(shù)描述了一種適當(dāng)功能強大的量子計算機（有人期望它會在2030年左右出現(xiàn)）如何快速找到大量的主要因素，這是傳統(tǒng)計算機極其困難的任務(wù)。RSA加密依靠這個來保護在線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
但是，很多公司正在通過開發(fā)新的加密方法（統(tǒng)稱為“后量子密碼學(xué)”）來應(yīng)對這種威脅。這些方法被設(shè)計為對量子計算機更具彈性-通常是通過創(chuàng)建一個問題來解決的，即即使功能強大的量子計算機也不會期望具有很多優(yōu)勢。該領(lǐng)域的公司包括Isara和Post Quantum等。美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）也支持該方法，并計劃在2022年之前建議一種后量子密碼學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。
資料來源：Post Quantum
另一種新興的量子信息技術(shù)，稱為量子密鑰分發(fā)（QKD），也可以從量子計算機的代碼破解能力中獲得一些喘息的機會。QKD通過使用糾纏的量子比特傳輸加密密鑰來工作。由于量子系統(tǒng)在測量時會發(fā)生變化，因此可以檢查偷竊者是否攔截了QKD傳輸。做得對，這意味著即使配備量子計算機的黑客也很難竊取信息。
盡管QKD當(dāng)前面臨著實際的挑戰(zhàn)，例如其有效距離（當(dāng)今大多數(shù)QKD網(wǎng)絡(luò)都很?。S多人期望它很快成為一個大行業(yè)。例如，東芝在2020年10月表示，它希望在本十年末從QKD應(yīng)用程序中產(chǎn)生30億美元的收入。
4.區(qū)塊鏈和加密貨幣
量子計算對加密的威脅擴展到了區(qū)塊鏈技術(shù)和加密貨幣（包括比特幣和以太坊），它們依賴于量子敏感的加密協(xié)議來完成交易。
盡管對基于區(qū)塊鏈的項目的具體量子威脅有所不同，但在最壞情況下的潛在后果可能很嚴重。
例如，根據(jù)德勤（Deloitte）的一項分析，大約25％的比特幣（目前價值數(shù)千億美元）的存儲方式很容易被配備量子計算機的小偷偷走。另一個擔(dān)心是，量子計算機最終可能強大到足以解密并干擾交易，然后再被網(wǎng)絡(luò)上的其他參與者驗證，從而破壞了去中心化系統(tǒng)的完整性。
那只是比特幣。區(qū)塊鏈技術(shù)正越來越多地用于資產(chǎn)交易，供應(yīng)鏈，身份管理等領(lǐng)域的應(yīng)用。
量子計算機所帶來的巨大風(fēng)險使他們感到震驚，許多參與者正在努力使區(qū)塊鏈技術(shù)更加安全。像比特幣和以太坊這樣的已建立網(wǎng)絡(luò)正在嘗試采用抗量子方法進行未來的迭代，已經(jīng)建立了一種新的名為抗量子賬本的區(qū)塊鏈協(xié)議，專門針對量子計算機而設(shè)計，包括QuSecure和Qaisec在內(nèi)的初創(chuàng)公司都表示他們正在努力開發(fā)面向企業(yè)的抗量子區(qū)塊鏈技術(shù)。
除非在未來幾年中更加牢固地建立后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)，否則抗量子區(qū)塊鏈可能不會完全出現(xiàn)。同時，那些運行區(qū)塊鏈項目的人可能會對量子計算的發(fā)展保持緊張。
5.人工智能
量子計算機能夠解析大量數(shù)據(jù)集，模擬復(fù)雜模型并快速解決優(yōu)化問題，由此吸引了人工智能應(yīng)用的關(guān)注。
例如，谷歌表示，它正在開發(fā)將經(jīng)典計算與量子計算相結(jié)合的機器學(xué)習(xí)工具，并表示希望這些工具甚至可以與近期的量子計算機一起使用。
同樣，量子軟件初創(chuàng)公司Zapata最近表示，它將量子機器學(xué)習(xí)視為短期內(nèi)量子計算機最有希望的商業(yè)應(yīng)用之一。
盡管量子機器學(xué)習(xí)可能很快會在包括自動駕駛汽車和天氣預(yù)報在內(nèi)的廣泛領(lǐng)域中提供一些商業(yè)優(yōu)勢，但未來的量子計算機可能會進一步推動人工智能的發(fā)展。
利用量子計算的AI可以推進諸如計算機視覺，模式識別，語音識別，機器翻譯等工具的發(fā)展應(yīng)用。
最終，量子計算甚至可以幫助創(chuàng)建以更像人類的方式運行的AI系統(tǒng)。例如，使機器人能夠?qū)崟r做出優(yōu)化決策，并更快地適應(yīng)不斷變化的情況或新情況。
6.物流
量子計算機擅長優(yōu)化。從理論上講，一臺量子計算機可以在短短幾分鐘內(nèi)解決超級計算機要解決的復(fù)雜優(yōu)化問題。
考慮到國際運輸路線和協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈中涉及的極端復(fù)雜性和變量，量子計算可以很好地定位以幫助應(yīng)對艱巨的物流挑戰(zhàn)。
DHL已經(jīng)開始關(guān)注量子計算機，以幫助其更高效地包裝包裹并優(yōu)化全球交付路線。該公司希望在提高服務(wù)速度的同時，還可以更輕松地適應(yīng)變化，例如取消的訂單或重新安排的交貨時間。
其他人則希望使用量子計算機來改善交通流量，這種功能可以幫助運載工具在更短的時間內(nèi)完成更多的停留。
資料來源：大眾汽車
例如，大眾汽車與D-Wave Systems合作，去年進行了一項試點，以優(yōu)化葡萄牙里斯本的公交線路。該公司表示，每輛參與的巴士都被分配了一條單獨的路線，該路線會根據(jù)交通狀況的變化進行實時更新。大眾汽車表示，它打算在未來將該技術(shù)商業(yè)化。
7.制造和工業(yè)設(shè)計
量子計算也引起了大型制造商對制造和工業(yè)設(shè)計的關(guān)注。
例如，全球航空航天公司空中客車公司（Airbus）于2015年成立了量子計算部門，還投資了量子軟件初創(chuàng)公司QC Ware和量子計算機制造商IonQ。
該公司正在研究的領(lǐng)域之一是用于數(shù)字建模和材料科學(xué)的量子退火。例如，一臺量子計算機可以快速過濾掉無數(shù)個變量，以幫助確定飛機最有效的機翼設(shè)計。
包括戴姆勒和三星在內(nèi)的其他公司已經(jīng)在使用量子計算機來幫助研究用于制造更好電池的新材料。
IBM還已將制造業(yè)確定為其量子計算機的目標(biāo)市場，并將重點放在材料科學(xué)，控制流程的高級分析以及風(fēng)險建模等領(lǐng)域作為該領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用。
選擇IBM設(shè)想的用于量子計算的制造應(yīng)用程序。資料來源：IBM
盡管隨著未來幾年功能越來越強大的機器的出現(xiàn)，量子計算可能只會在制造業(yè)中逐步實現(xiàn)，但包括機器學(xué)習(xí)初創(chuàng)公司Solid State AI在內(nèi)的一些公司已經(jīng)在為該行業(yè)提供量子支持的服務(wù)。
8.農(nóng)業(yè)
量子計算機可以通過幫助更有效地生產(chǎn)肥料來促進農(nóng)業(yè)發(fā)展。
全世界農(nóng)業(yè)上幾乎所有使用的肥料都依靠氨。更有效地生產(chǎn)氨（或替代品）的能力將意味著更便宜，能源消耗更少的肥料。反過來，更容易獲得更好的肥料可以幫助養(yǎng)活地球上不斷增長的人口。
根據(jù)CB Insights的行業(yè)分析師共識，到2025年，氨的需求量很高，估計將成為770億美元的全球市場。
由于改進催化劑的合成或替代方法的進展很少，因為可以幫助我們實現(xiàn)這一目標(biāo)的催化劑組合的數(shù)量非常多，這意味著我們從本質(zhì)上仍然依賴于1900年代的能源密集型技術(shù)，即哈伯-博世過程。
使用當(dāng)今的超級計算機來確定制造氨的最佳催化組合將需要幾個世紀的時間來解決。
但是，可以使用功能強大的量子計算機來更有效地分析不同的催化劑組合（模擬化學(xué)反應(yīng)的另一種應(yīng)用），并幫助找到更好的產(chǎn)生氨的方法。
此外，我們知道，植物根部的細菌每天都會利用一種稱為氮酶的分子以非常低的能源成本生產(chǎn)氨。這個分子超出了我們最好的超級計算機的模擬能力，因此無法更好地理解，但它可能未來的量子計算機可以解決這個問題。
9.國家安全
世界各地的政府都在量子計算研究計劃上投入大量資金，部分目的是為了增強國家安全。
量子計算機的國防應(yīng)用可能包括間諜代碼破解，運行戰(zhàn)場模擬以及為軍用車輛設(shè)計更好的材料等。
去年，美國政府宣布對由能源部運營的量子技術(shù)研究機構(gòu)進行近6.25億美元的投資，包括微軟，IBM和洛克希德·馬丁公司在內(nèi)的公司也為該計劃提供了總計3.4億美元的投資。
美國正在對包括量子計算在內(nèi)的量子信息科學(xué)（QIS）研究進行更多投資。資料來源：美國國家量子協(xié)調(diào)局
同樣，中國政府已向眾多量子技術(shù)項目投入了數(shù)十億美元，而一個駐扎在該國的團隊最近聲稱在量子計算方面取得了突破。
盡管不確定量子計算何時能在國家安全中發(fā)揮積極作用，但毫無疑問，沒有哪個國家愿意落后于其競爭對手的能力。新的“軍備競賽”已經(jīng)開始。
