Квантовые технологии вокруг нас: самые яркие новости весны 2022

Многим квантовые технологии кажутся чем-то из мира sci-fi, но в реальности они гораздо ближе к каждому из нас. Некоторые бизнес-новости, на самом деле, являются новостями из мира квантового компьютинга. Все потому, что с его помощью каждый день хотя бы одна компания в мире улучшает свои бизнес-процессы.

Например, мы, компания QuSolve, оптимизируем систему сквозного графикования металлургического производства, рассчитываем оптимальную загрузку ж/д состава и решаем задачу коммивояжера при помощи квантово-вдохновленных алгоритмов.

А ещё мы ведём Телеграм-канал, где рассказываем о самых интересных и важных новостях из мира квантовых компьютеров и quantum-inspired алгоритмов. И нередко эти новости относятся к повседневной жизни человека. Мы выбрали несколько примеров «квантовых» новостей последних месяцев, чтобы вы убедились в этом сами.

1. Безопасность

Банк HSBC, крупнейший банк Великобритании, договорился о трехлетнем сотрудничестве с IBM для совместного изучения применения квантовых технологий в финансовой сфере. В основном, конечно, речь идёт об оптимизации портфеля финансовых инструментов, оценки рисков и выявления мошенничества. Последнее весьма актуально для этого банка, ведь он уже не раз был втянут в сомнительные истории.

Начиная с 2005 года против HSBC выдвигались обвинения в том, что он участвовал в отмывании денег террористами и мексиканскими и колумбийскими наркокартелями. А в 2017 году HSBC был одним из банков, через который мошенники выводили десятки миллиардов долларов из России в оффшорные зоны. Банк утверждает, что просто не заметил подозрительных переводов 🤷‍♀

Восстановление репутации – дело не быстрое. Но то, что HSBC ставит себе задачей выявлять мошеннические операции при помощи квантовых технологий – большой шаг! Предполагается, что исследования будут проходить на недавно вышедшем 127-кубитном процессоре Eagle. А еще с помощью IBM банк планирует повышать квалификацию своих сотрудников в области квантовых технологий.

2. Маршрутизация

NASA объявило о трехлетнем соглашении с Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Они вместе займутся разработкой ПО с открытым исходным кодом для квантовых компьютеров с целью решения реальных аэрокосмических задач.

В 2015 году DLR создала исследовательскую группу по квантовым вычислениям и опубликовала программный модуль, в рамках которого квантовыми вычислениями решаются разные задачи. Например, оптимизация маршрутов трансатлантических рейсов, размещение самолетов в крупных аэропортах и планирование спутниковых миссий. В настоящее время NASA и DLR разрабатывают дополнительные модули. Хотя квантовых компьютеров еще нет, программ, которые будут на них работать, сделано уже целое множество.

Проблема составления маршрутов в космосе может показаться слишком далёкой от нас, но задачи планирования стоят перед всеми отраслями. Оптимизировать можно процесс производства, хранения и поставки товара. И все это – на обычном компьютере при помощи quantum-inspired алгоритмов.

3. Снижение выбросов

Fujitsu и администрация порта Гамбурга совместными усилиями снизили выбросы углекислого газа на 9%. Этого получилось добиться в результате их проекта по снижению загруженности портов, а именно за счет сокращения времени простоя судов, грузовиков и автомобилей.

Проект демонстрирует новый целостный подход к оптимизации светофорного регулирования всей транспортной инфраструктуры: дорог, переходов и мостов. Вместо локального управления отдельными светофорными переходами, Fujitsu Digital Annealer оптимизирует всю сеть. Это значительно сокращает время простоя судов, грузовиков и автомобилей, что приводит к более быстрому взаимодействию в цепочке поставок, увеличению потока товаров и снижению уровня парниковых газов. Так, общее время в пути грузовых машин сократилось на целых 15%. Не стоит забывать и о том, что такая оптимизация непосредственно влияет и на то, как задействуется и человеческий ресурс.

Спрос на грузоперевозки растет с каждым годом, поэтому все чаще приходится решать проблемы ограниченного физического пространства. Также компании и правительства пытаются уменьшить углеродный след, а заторы в портах этому явно не способствуют. Оптимизация является логичным способом решения обеих этих проблем.

4. Разработка надежных автомобилей

Различные автомобильные производители ищут новые материалы и оптимизируют работу устройств при помощи квантовых технологий. Так, Hyundai пытается улучшить качество литиевых аккумуляторов за счёт оптимизации циклов зарядки и разрядки подобных устройств. В случае успеха, этот проект позволит создать крупнейшую модель химических реакций в аккумуляторах. А в будущем, используя эту же методологию, появится возможность открыть новые виды материалов. Они позволят уменьшить время, трудозатраты и, в итоге, стоимость производства аккумуляторов. Учитывая, что самым дорогим компонентом электромобиля, как правило, являются именно аккумуляторные батареи, важность этого исследования очевидна. Подобными разработками занимаются также Toyota и BMW Group.

5. Социальная сфера

Чтобы эффективно разместить пункты скорой помощи, нужно учитывать доступность дорог. Особенно это касается сельской местности. Целью исследования китайских ученых было определить оптимальное местоположение новых станций скорой помощи в горных, сельских районах.

Ученые пытались расположить станции так, чтобы до любого жилого дома можно было доехать не более, чем за 30 минут. В расчет также брали вероятность того, что могут быть построены новые дороги или отремонтированы существующие. Для решения задачи с таким большим количеством переменных ученые разработали улучшенный многокритериальный алгоритм имитации отжига.

Количество домов, не охваченных станциями скорой помощи (то есть тех, время пути до которых занимает более 30 минут), уменьшилось с 30,7% до 22% при условии, что дороги не улучшат. Если же строить новые пути, то эффективность будет еще больше: количество неохваченных людей снижается в таком случае до 18%.

Такую вот важную социальную функцию может может нести оптимизация строительства и размещения объектов в пространстве. И в данном случае алгоритмы, можно сказать, спасают жизни.

Это лишь малая часть примеров внедрения квантово-вдохновленных алгоритмов и квантовых компьютеров. О других кейсах можете почитать в quantumbeat. И помните: оптимизация – это ключ к устойчивому развитию