量子計(jì)算是一種不斷發(fā)展的新技術(shù)，有望增強(qiáng)一系列業(yè)務(wù)操作。基于關(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(jì)算機(jī)旨在為復(fù)雜的業(yè)務(wù)問(wèn)題提供更快的解決方案。
量子計(jì)算的基礎(chǔ)是一個(gè)被稱為“量子比特”的信息單位。與只有“0”或“1”數(shù)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(xiàn)“疊加”。如果結(jié)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(jié)果。每增加一個(gè)量子比特，其搜索空間將會(huì)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
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(jì)算為物流、投資組合管理和故障檢測(cè)等領(lǐng)域提供更優(yōu)化的解決方案。
量子計(jì)算可能帶來(lái)的業(yè)務(wù)價(jià)值
Reply公司數(shù)據(jù)科學(xué)家、量子計(jì)算實(shí)踐負(fù)責(zé)人Johannes Oberreuter對(duì)于量子計(jì)算如何幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行了闡述和分析。
首先，該公司發(fā)現(xiàn)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‘旅行推銷員問(wèn)題’，它在物流領(lǐng)域有很多應(yīng)用，也需要考慮到復(fù)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(xiàn)過(guò)于復(fù)雜而無(wú)法在傳統(tǒng)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(yàn)的團(tuán)隊(duì)或個(gè)人可以幫助解決這個(gè)問(wèn)題，但他們還不知道現(xiàn)在是否有更好的解決方案。量子計(jì)算允許以一種類似于愿望清單的結(jié)構(gòu)化方式來(lái)呈現(xiàn)問(wèn)題，包含所有的業(yè)務(wù)復(fù)雜性。它們都被編碼到一個(gè)目標(biāo)函數(shù)中，然后可以用結(jié)構(gòu)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(biāo)函數(shù)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(jì)算機(jī)可以解決這個(gè)問(wèn)題。”
不斷攀升的量子比特?cái)?shù)
Oberrenter表示，一旦量子計(jì)算機(jī)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問(wèn)題的量子計(jì)算機(jī)現(xiàn)在有5000多個(gè)量子比特，但許多采用Reply公司服務(wù)的用戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，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，我們一直在編寫一個(gè)程序來(lái)確定這個(gè)目標(biāo)函數(shù)的近似解，我們已經(jīng)在通常所需的量子比特?cái)?shù)之外進(jìn)行了測(cè)試。該系統(tǒng)的設(shè)置防止運(yùn)行時(shí)間呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，從而使業(yè)務(wù)友好的運(yùn)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(jié)果比業(yè)務(wù)啟發(fā)方式提供的結(jié)果要好出10%～15%。”
通過(guò)概念驗(yàn)證，Reply公司已經(jīng)能夠幫助客戶克服缺乏量子專業(yè)知識(shí)的挑戰(zhàn)。通過(guò)利用和積累該領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，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(jī)器學(xué)習(xí)
在過(guò)去的幾年，機(jī)器學(xué)習(xí)在幫助數(shù)據(jù)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(xiàn)目標(biāo)。然而，機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目有時(shí)會(huì)遇到缺乏數(shù)據(jù)和計(jì)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(jì)算帶來(lái)的解決問(wèn)題的能力。
Oberreuter解釋說(shuō):“我們發(fā)現(xiàn)，量子機(jī)器學(xué)習(xí)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(yuǎn)不會(huì)有端到端的量子機(jī)器學(xué)習(xí)工作流，但將量子計(jì)算集成到當(dāng)前的機(jī)器學(xué)習(xí)工作流中是有用的。
一些云計(jì)算供應(yīng)商現(xiàn)在提供量子處理器（QPU）。在復(fù)雜任務(wù)的深度學(xué)習(xí)設(shè)置中，如果它改進(jìn)了當(dāng)前的模型，可以通過(guò)單個(gè)調(diào)用輕松地從云計(jì)算提供商租用它進(jìn)行試驗(yàn)。
Oberreuter表示，“從我們對(duì)寶馬公司和AWS公司承擔(dān)的量子挑戰(zhàn)的貢獻(xiàn)中，我們發(fā)現(xiàn)有趣的是機(jī)器學(xué)習(xí)模型與量子模型的結(jié)合。前者非常擅長(zhǎng)從圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中提取屬性，然后用量子表示將其結(jié)合起來(lái)，這為分類提供了優(yōu)勢(shì)。”
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(rèn)為量子計(jì)算機(jī)很快就可以解決當(dāng)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(jì)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(rèn)為是安全的，但估計(jì)只需要6000個(gè)無(wú)錯(cuò)誤的量子比特能夠在兩周的時(shí)間內(nèi)破解。
Oberreter說(shuō)：“用于網(wǎng)絡(luò)安全的量子技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)上市，我們正在向客戶提供這種技術(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’，它可以防止用戶復(fù)制通過(guò)通信通道發(fā)送的消息。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，關(guān)鍵是需要一個(gè)專門的量子通道。我們有專門從事網(wǎng)絡(luò)安全的專家，他們一直在努力設(shè)計(jì)這些產(chǎn)品。”
