Квантови изчисления за практическа употреба

Pixabay.com
Pete Linforth

Квантови изчисления за практическа употреба

От McKinsey извеждат четири основни модела на използване на квантовите машини - симулация, линейна алгебра, оптимизация и факторизация

Иван Гайдаров
259 прочитания

Pixabay.com

© Pete Linforth


Глобалният пазар на квантови изчисления, възлизащ на около $393,3 милиона през 2020 г., се очаква да расте със средногодишен темп 28,8% и да достигне стойност от приблизително $1,8 млрд. през 2026 г. Според анализаторите този ръст ще се дължи в най-голяма степен на сегмента на услугите - тенденция, катализирана от нарастващото приемане на квантовите изчисления-като-услуга (QCaaS) в сектори като здравеопазване, фармацевтика, химическа индустрия, отбрана и банкиране.

"Същевременно се наблюдава нарастващо използване на тази технология в приложения за оптимизация, симулация и машинно обучение в различни индустрии за постигане на оптимални разходи. През прогнозния период 2022 - 2027 г. разширяването на мрежовите квантови информационни технологии (NQIT) вероятно ще подобри включването на оптимизационни решения за разрешаване на проблеми, които възникват по време на практическите приложения на квантовите изчисления", категорични са от Expert Market Research.

Ръст на инвестициите

Тези очаквания логично водят до ръст на инвестициите в сектора. В своето изследване "Quantum computing: An emerging ecosystem and industry use cases" от McKinsey&Company посочват, че стойността на основните играчи на пазара на квантови изчисления е близо 80 милиарда долара (да не се бърка с добавената стойност, която могат да генерират сценариите за употреба на квантовите изчисления).

"През последното десетилетие екосистемата от участници в квантовите изчисления - от производители на компоненти до доставчици на услуги - се разви в цяла верига от добавена стойност на квантовите изчисления, удвоявайки възможностите си. Едновременно с напредъка на квантовите изчисления към търговска жизнеспособност тези бизнеси привличат все по-голямо частно финансиране. Само през 2021 г. обявените инвестиции в стартиращи предприятия за квантови изчисления са надхвърлили $1,7 милиарда - повече от два пъти в сравнение с 2020 г. Очакваме частното финансиране да продължи да нараства значително, тъй като комерсиализацията на квантовите изчисления набира сила", обясняват от McKinsey&Company.

В регионално отношение Северна Америка води по брой на стартиращите компании в сферата на квантовите изчисления, следвана от Европа и Азия (в това число и Русия).

"Нашите изследвания показват, че Канада, Обединеното кралство и САЩ са "дом" на най-много стартиращи предприятия за квантови изчисления. Те са били обект общо на над 90% от 3,3 милиарда долара частно финансиране през последните две десетилетия. В рамките на веригата на стойността стартиращите хардуерни компании (които произвеждат квантови компютри) са реализирали повече от 70% от тези инвестиции", добавят от анализаторската компания.

По отношение на публичните инвестиции обаче на първо място излиза Китай с 15 млрд. долара. На второ място, с повече от два пъти по-малко инвестиции, е Европа ($7,2 млрд.). САЩ заемат третото място в тази класация с $1,3 млрд., а Великобритания е на четвърто място с $1,2 млрд. Топ 10 оформят Индия, Япония, Русия, Канада, Израел и Сингапур.

Четири основни модела на употреба

От McKinsey&Company извеждат и четири основни модела за употреба на квантовите изчисления - квантова симулация, квантова линейна алгебра за AI и машинно обучение, квантова оптимизация и търсене и квантова факторизация.

  • Квантовата симулация е симулация на квантово-механични системи, или процеси като молекули, химични реакции или електрони в твърди тела. Конвенционалните компютри не са в състояние да симулират точно действието на подобни системи, така че към днешна дата проблемите, свързани с тях, или са решени отчасти, или въобще не са решени.

"По своята същност квантовите компютри са подходящи за такива трудни симулации, тъй като самите те са квантови системи, което им осигурява експоненциално ускоряване спрямо конвенционалните компютри. Случаите на използване на квантова симулация - като квантова механика, молекулярна механика и симулации на молекулярна динамика - се срещат най-вече във фармацевтичната и химическата промишленост", обръщат внимание авторите на доклада "Quantum computing: An emerging ecosystem and industry use cases".

  • Квантовата линейна алгебра разчита на разнообразен набор от квантови техники и подходи, прилагани предимно в създаването на изкуствен интелект (AI) и машинното обучение. В някои приложения критичните стъпки, които автоматизират работния процес при машинното обучение, се заменят с квантови алгоритми за съкращаване на времето за обучение. В други приложения целият процес на обучение е прехвърлен в квантовия свят, както при квантовите невронни мрежи.

"Приложенията за квантова линейна алгебра могат да осигурят експоненциално ускоряване спрямо конвенционалните алгоритми, но имат строги изисквания към хардуера - квантова памет, толерантност към грешки и математически добре дефинирани проблеми. Квантовото изчисление може да бъде особено ценно при обработката на естествен език, тъй като може точно да извлече смисъл от сложни изречения и изходни форми. Когато се разгърне в мащаб, тази обработка ще бъде полезна за автоматизиране на сложни задачи като предоставянето на финансови съвети", смятат от McKinsey&Company

Квантовият AI и машинното обучение са приложими в широк спектър от индустрии, включително фармацевтика, автомобилостроене и финанси за задачи като автономно шофиране, автоматизирана търговия и прогнозна поддръжка.

  • От квантовата оптимизация се очаква да решава много по-сложни проблеми, отколкото конвенционалните компютри могат в момента. Тази технология открива по-добри отговори за единица време, което ѝ позволява да даде решения на неразрешими досега проблеми. Квантовите алгоритми за дискретна оптимизация например обикновено осигуряват квадратично ускорение спрямо конвенционалните изчисления. Експертите се надяват, че тази технология ще улесни оптимизацията в реално време чрез намаляване на времето за изчисления от часове на секунди.

"Случаи на използване на квантовата оптимизация има в почти всяка индустрия за задачи като генеративен дизайн, управление на трафика и оптимизиране на портфолиото. Квантовото търсене на свой ред позволява квадратично ускоряване на процеса по намиране на конкретни записи в неструктурирана база данни. Квантовото търсене може да намали времето за изчисление от дни на часове и да позволи по-бързи търговски решения", акцентират анализаторите.

  • Квантовата факторизация е най-широко известното приложение на квантовите изчисления към днешна дата. Алгоритъмът на Шор за разлагане на цели числа на множители е сред първите алгоритми, за които е математически доказано квантовото ускоряване спрямо най-добрите конвенционални алгоритми.

"Ефективната квантова факторизация е най-лесно приложима за нарушаване на RSA криптирането, което е в основата на повечето от днешните протоколи за сигурен трансфер на данни. Тъй като "постквантовите" алтернативи на RSA криптирането вече съществуват, не очакваме остра криза в сферата на киберсигурността. Въпреки това организациите трябва да актуализират своите стандарти за криптиране през следващите години", предупреждават от McKinsey&Company.

Глобалният пазар на квантови изчисления, възлизащ на около $393,3 милиона през 2020 г., се очаква да расте със средногодишен темп 28,8% и да достигне стойност от приблизително $1,8 млрд. през 2026 г. Според анализаторите този ръст ще се дължи в най-голяма степен на сегмента на услугите - тенденция, катализирана от нарастващото приемане на квантовите изчисления-като-услуга (QCaaS) в сектори като здравеопазване, фармацевтика, химическа индустрия, отбрана и банкиране.

"Същевременно се наблюдава нарастващо използване на тази технология в приложения за оптимизация, симулация и машинно обучение в различни индустрии за постигане на оптимални разходи. През прогнозния период 2022 - 2027 г. разширяването на мрежовите квантови информационни технологии (NQIT) вероятно ще подобри включването на оптимизационни решения за разрешаване на проблеми, които възникват по време на практическите приложения на квантовите изчисления", категорични са от Expert Market Research.

С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност. ОК