השפעות עסקיות

מטרות למידה

בסיום מודול זה, תוכל/י:

• לזהות את היתרונות של בחינת מחשוב קוונטי כבר עכשיו.
• לזהות את התעשיות והיישומים שבהם מחשוב קוונטי מראה הבטחה.

יישומים פוטנציאליים של מחשוב קוונטי בתעשייה

מחשבי-על קלאסיים מתקשים לפתור בעיות עם משתנים רבים שמקיימים ביניהם אינטראקציות מסובכות, כמו מידול התנהגות מולקולרית. מגבלות קלאסיות אלה יוצרות חסמים לקידמה במגוון רחב של תעשיות, ומעכבות מחקר חשוב בפיזיקה, כימיה, מדעי החומרים ועוד.

כדי להבין כיצד מולקולה תתנהג, מדענים נדרשים לעתים קרובות לסנתז אותה ולהתנסות בה בעולם האמיתי. כדי לראות כיצד שינוי קל ישפיע על התנהגותה, הם בדרך כלל צריכים לסנתז את הגרסה החדשה ולחזור על הניסוי מהתחלה. מדובר בתהליך יקר וגוזל זמן. הוא מעכב פיתוח חומרים חזקים וקלים יותר להנדסת אווירו-חלל, מגביל את התפתחות המוליכים למחצה ומעכב התקדמות במדעי הרפואה. מחשוב קוונטי יכול לעזור לנו לפרוץ את חסמי המורכבות.

אנחנו מצפים שלמחשוב קוונטי תהיה ההשפעה הגדולה ביותר בתחומים כמו למידת מכונה, סימולציה של מערכות טבעיות ויצירת חומרים חדשים ושימושיים.

IBM® בוחנת תעשיות שבהן צפוי מחשוב קוונטי להציג הזדמנויות. התמונה להלן מפרטת מספר תרחישי שימוש למגוון תעשיות, והסעיפים הבאים בשיעור זה מתארים כיצד חלק משותפינו בוחנים כמה מתרחישי שימוש אלה.

הפצה ולוגיסטיקה

כשאתם חושבים על מחשבי-על, אולי אתם מדמיינים מעבדות לאומיות. אבל האם ידעתם שאחד ממחשבי-העל הגדולים ביותר מופעל על ידי וולמארט? כפי שמציין מאמר של McKinsey, נסיעות, תחבורה ולוגיסטיקה מראים הבטחה למחשוב קוונטי.

רבים מהמערכות המחשובים הגדולות ביותר מוקדשות לפתרון בעיות אופטימיזציה ובינה מלאכותית בתעשיות התעופה, הלוגיסטיקה, הקמעונאות ומוצרי הצריכה. בעיות אופטימיזציה מורכבות וסימולציות תרחישים מתעוררות בתכנון רשתות, ניתוב, לוח זמנים, תמחור, טעינת מטען וניהול שיבושים. מתן חוויות לקוח בלתי נשכחות על ידי הגשת תוכן מותאם אישית והמלצות רלוונטיות בזמן מתבסס על מודלי בינה מלאכותית מתפתחים. עם זאת, בעיית המורכבות בדרך כלל גדלה בצורה אקספוננציאלית עם גודל הבעיה.

NC State, בשיתוף פעולה עם Delta Air Lines, חקרו את יישום הטכנולוגיה הקוונטית לאופטימיזציה של תזמון שערי נמל תעופה. תרחישי שימוש פוטנציאליים לחברות תעופה כוללים סימולציית ניהול שיבושים יעילה יותר, תכנון רשת תעופה ואופטימיזציה של מטענים.

עבור תעשיית הלוגיסטיקה, שחווה האצה משמעותית במסחר מקוון, מחשבים קוונטיים עשויים להיות מסוגלים לתמוך באופטימיזציה של ניתוב גלובלי ואופטימיזציה חוזרת ונשנית ליצירת שירותי תחבורה רב-ממדית ושירותי משלוח של "המייל האחרון" רווחיים. מחשוב קוונטי עשוי לסייע בסימולציה של השפעות שיבושים לוגיסטיים בדיוק רב יותר ולתמוך בתהליכים לוגיסטיים בני-קיימא, כמו אופטימיזציה של שינוע בים.

פתרונות משולבים קלאסי-קוונטי עשויים לשפר את פרופיל הלקוח ואת ההמלצות הרלוונטיות לפעולה הבאה הטובה ביותר עבור תעשיות הקמעונאות ומוצרי הצריכה. חדשנות מתמדת במוצרים חדשים היא גורם מפתח בתעשיות אלה, ומחשוב קוונטי יכול למלא תפקיד קריטי בפיתוח ובדיקת מוצרים חדשים. ייעול שרשרת האספקה באמצעות אופטימיזציה עשוי לסייע טוב יותר לחברות לנווט במורכבות ולנהל איזון בין מחסור ועודף מלאי.

מחשבים קוונטיים מספקים כלי להסתכל על בעיות אלה בצורה שונה. מדענים ממשיכים להתנסות באלגוריתמים טובים יותר שניתן ליישם על בעיות אלה. בציפייה למחשוב קוונטי מסחרי, חברות מובילות מזהות ובוחנות תרחישי שימוש שמפתחים יכולות קוונטיות פנימיות. ככל שתרחיש שימוש מתוכנן בצורה אפקטיבית יותר, כך גדל הסיכוי שהוא יספק ערך עסקי. קחו לדוגמה את תרחיש השימוש של פתרון שיבושים תפעוליים בלוחות זמנים וסגל של חברות תעופה. תרחיש שימוש זה מראה הבטחה כי יש לו פוטנציאל להציע פתרון מהפכני לבעיה עסקית מרכזית בעתיד; קיימת חלופה קלאסית, אם כי תת-אופטימלית; ואלגוריתמים קוונטיים כבר הוכחו כיעילים בבחירת התרחישים הטובים ביותר בסימולציות מונטה קרלו המשמשות בבנקאות ובמימון. תרחישי שימוש אסטרטגיים כאלה מביאים בחשבון את הפיזיבילות הטכנית לטווח הקצר; שוקלים את הפוטנציאל של טכנולוגיית מחשוב קוונטי לעלות על חלופות קלאסיות; ומעריכים את ההשפעה העסקית החזויה, כפי שנקבעת על ידי תוצאות שוק, השלכות תחרותיות והשפעה כלכלית. לגבי כמה בעיות עסקיות מרכזיות, אפילו יתרון קל יכול להיות בעל השפעה משמעותית.

כדאי לבדוק

עיינו במשאבים אלה כדי ללמוד עוד על תרחישי שימוש במחשוב קוונטי בקמעונאות ומוצרי צריכה, כמו גם בתעשיות הנסיעות והתחבורה.

• קראו את דוח IBM על בחינת תרחישי שימוש קוונטיים לחברות תעופה: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Airlines."
• קראו את דוח המכון לערך עסקי של IBM על לוגיסטיקה קוונטית: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Logistics."

שירותים פיננסיים

בנקים, שווקים פיננסיים וחברות ביטוח עוסקים בניהול סיכונים. ענקי וול סטריט כמו JPMorgan Chase ו-Goldman Sachs מקווים שמחשוב קוונטי יעניק להם יתרון בהסתברויות, ויאפשר להם לנהל טוב יותר איומים והזדמנויות הקשורים לתיקיהם. מחשבים קוונטיים יכולים גם לעזור לאנשי מקצוע פיננסיים לשפר את סימולציות מונטה קרלו שלהם — מודלים מתמטיים המנבאים תוצאות אפשריות של עצי החלטה מורכבים למיקסום רווח. תחומים נוספים של התנסות קוונטית כוללים זיהוי הונאות, מניעת הלבנת הון, ניקוד אשראי, פרופיל לקוח מדויק, ניהול סיכונים יעיל יותר ואופטימיזציה של מודלי תמחור.

חוקרי IBM פיתחו אלגוריתם קוונטי שעולה על הגישה המסורתית של דגימת מונטה קרלו. בסימולציית מונטה קרלו, המחשב לוקח דגימות אקראיות רבות מהתפלגות הסתברות נתונה כדי לראות איזו תוצאה היא הסבירה ביותר. הפחתת השגיאה בתוצאה החזויה של סימולציית מונטה קרלו בגורם של $1/X$ דורשת $X^2$ דגימות מסורתיות נוספות, אבל רק $X$ דגימות קוונטיות נוספות. ניתן להסתכל על השלכות טענה זו בשתי דרכים: (1) ניתן להגיע לרמת ביטחון קבועה מהר יותר עם מחשב קוונטי, או (2) לזמן קבוע, מחשב קוונטי יכול לתת לכם ביטחון גדול יותר בתשובה שלכם מאשר פתרון מונטה קרלו קלאסי.

לפי הדוח "Getting Your Financial Institution Ready for the Quantum Computing Revolution" של המכון לערך עסקי של IBM, מוסדות פיננסיים בוחנים מחשוב קוונטי כדי להאיץ באופן דרמטי חישובים מסובכים ביותר ולשפר את הדיוק. לשם כך, חוקרי IBM יצרו סימולטור מימון קוונטי לתמחור אופציות. בשימוש בכלי תוכנה ואלגוריתמים קוונטיים שפותחו על ידי IBM לתמחור אופציות שמתרחבות טוב יותר משיטות מסורתיות, חברי רשת IBM Quantum® Network מתנסים במימון ומחשוב קוונטי.

JPMorgan Chase שיתפה פעולה עם IBM Quantum כדי לחזות את מחיר אופציות פיננסיות ולשפר את זיהוי ההונאות וקביעת כשירות האשראי.

PayPal שיתפה פעולה עם IBM כדי להבין כיצד להשתמש במחשוב קוונטי לזיהוי הונאות, פעולות סיכון אשראי ותנוחת אבטחה כוללת.

HSBC עובדת עם IBM להאצת מוכנות למחשוב קוונטי. HSBC מתכננת לחקור את השימוש במחשוב קוונטי לתמחור ואופטימיזציה של תיקי השקעות, לקידום יעדי net-zero שלה, ולצמצום סיכונים ופעילויות הונאה. למידע נוסף, עיינו במאמר זה: "HSBC Working with IBM to Accelerate Quantum Computing Readiness."

כדאי לבדוק

• חקרו תרחישי שימוש במחשוב קוונטי לשירותים פיננסיים על ידי קריאת דוח זה מהמכון לערך עסקי של IBM: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Financial Services."

• לסקירה של השיטות הטכניות של מחשוב קוונטי הרלוונטיות למימון, עיינו במאמר זה של צוות IBM Quantum שפורסם ב-IEEE Transactions of Quantum Engineering: "Quantum Computing for Finance: State-of-the-Art and Future Prospects."

בריאות ומדעי החיים

קיים מגוון של בעיות מחשוביות אינטנסיביות במגזר זה, המוזנות על ידי פיצוץ של נתונים מהעולם האמיתי ונתונים גנומיים שמחשוב קונבנציונלי אינו יכול לטפל בהם כראוי.

בתחום הבריאות, מחשוב קוונטי עשוי לסייע בטיפול באתגרים מורכבים באבחנה, רפואה מותאמת אישית ותמחור ביטוח.

במדעי החיים, מחשוב קוונטי עשוי לקדם גילוי תרופות חדשות ומבני חלבונים.

התפקיד המרכזי של מבנה החלבון התלת-ממדי (3D) בגילוי תרופות נחקר שנים רבות. ניבוי המבנה התלת-ממדי מרצף ראשוני של חומצות אמינו ידוע כבעיית קיפול החלבון. חוקרי IBM הדגימו כיצד ניתן להשתמש במחשוב קוונטי להתמודדות עם בעיה זו.

Cleveland Clinic משתפת פעולה עם IBM במשימה לקדם באופן מהותי את קצב הגילוי בתחום הבריאות ומדעי החיים באמצעות שימוש במחשוב ביצועים גבוהים על הענן ההיברידי, בינה מלאכותית (AI) וטכנולוגיות מחשוב קוונטי. למידע נוסף, קראו: "Cleveland Clinic and IBM Unveil Landmark 10-Year Partnership to Accelerate Discovery in Healthcare and Life Sciences."

Amgen, בשיתוף פעולה עם IBM Quantum, חקרה למידת מכונה קוונטית למידול בריאות האוכלוסייה בהתבסס על רשומות בריאות אלקטרוניות. למידע נוסף, קראו: "Quantum Kernels for Real-World Predictions Based on Electronic Health Records."

כדאי לבדוק

• חקרו תרחישי שימוש במחשוב קוונטי לתחום הבריאות בדוח זה מהמכון לערך עסקי של IBM: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Healthcare.".

• חקרו תרחישי שימוש במחשוב קוונטי למדעי החיים על ידי קריאת התובנות מהמכון לערך עסקי של IBM: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Life Sciences."

ייצור תעשייתי דיסקרטי

הייצור עשוי להפוך למוטב מוקדם של מחשוב קוונטי. תרחישי שימוש בכימיה ובחומרים, כמו גם יישומי אופטימיזציה בתכנון ייצור, ייצור, לוגיסטיקה ושרשרת אספקה, כמו גם למידת מכונה לבקרת איכות, הם כולם תחומים פוטנציאליים שבהם מחשוב קוונטי עשוי להיות בעל השפעה. גרפיקה זו מתארת את הקטגוריזציה של תרחישי שימוש פוטנציאליים במחשוב קוונטי בייצור.

חברות רבות בוחנות יישומים פוטנציאליים של מחשוב קוונטי בייצור אווירו-חלל, רכב ואלקטרוניקה.

יישומים קוונטיים בתחום האווירו-חלל והביטחון כוללים אופטימיזציה של מסלולי טיסה, דינמיקה של זרימת נוזלים בעזרת מחשב ופיתוח חומרים.

תעשיית הרכב עשויה להפיק תועלת ממחשוב קוונטי במגוון תחומים כמו עיצוב ופיתוח סוללות חדשות, אימות ותיקוף תוכנה, אוטומציה של מפעלים, בקרת איכות ועזרה מתקדמת לנהג. Daimler Mercedes-Benz השתמשה במחשוב קוונטי לאופטימיזציה של לוגיסטיקת תחבורה ולכימיה של סוללות רכב. Ben Boeser, מנהל חדשנות ביחידת המחקר ופיתוח הצפון אמריקאית של החברה, אומר שפיתוח וייטוב של טכנולוגיות סוללות עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר יכול "לפתוח הזדמנות של מיליארד דולר." סימולציה של כל תכונות ההתנהגות המולקולרית השונות חורגת מכוח המחשב הנוכחי אפילו של מחשבי-העל של ימינו. מחשוב קוונטי מציע דרך פוטנציאלית להאצת תהליך הסימולציה. Boeser מציין כי "תהליך הבדיקה והאימות הרב-שנתי של טכנולוגיית סוללות חדשה יכול להתורגם להחמצת הזדמנויות בשוק אם עבודה זו תתעכב," ולכן Daimler Mercedes-Benz עבדה עם IBM Quantum לרתום את הכוח של מחשוב קוונטי למחקר סוללות ככל שהטכנולוגיה מתקדמת.

באלקטרוניקה, מחשוב קוונטי יכול לשפר את תפוקת הייצור עם תזמון fab דינמי ומורכב; לאפטם ביצועי מוצר, כמו ביצועי שבב, כוח ושטח; ואפילו להאיץ את המסחור של חומרים מתקדמים עם סימולציות מולקולריות גדולות ומדויקות יותר. JSR משתפת פעולה עם IBM Quantum לחקור כיצד מחשוב קוונטי יכול לקדם מחקר שבבי מוליכים למחצה, כלומר בפיתוח וייצור של photoresists.

כדאי לבדוק

• קראו את דוח המכון לערך עסקי של IBM על כיצד מחשוב קוונטי עשוי לסייע לתעשיית האלקטרוניקה בפיתוח חומרים, עיצוב מוצרים וייצור חכם יותר: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Electronics."
• Daimler-Benz בוחנת כיצד מחשוב קוונטי יכול לקדם פיתוח חומרים חדשים לסוללות, לשפר שיטות ייצור רכב ולשפר את חוויית המוצר.

ייצור תעשייתי של תהליכים

"אנחנו יודעים בעצמותינו שיש אתגרים גלובליים עצומים שנתמודד איתם בעתיד הנראה לעין. כשמחשוב קוונטי יגדל ויהפוך לגורם משבש לחלוטין, נהיה מוכנים," אומר ד"ר Vijay Swarup, סגן נשיא למחקר ופיתוח ב-ExxonMobil. בעבודה משותפת, ExxonMobil ו-IBM הדגימו לאחרונה התקדמות בשימוש במחשבים קוונטיים לחישוב מדויק של אובזרבבלות תרמודינמיות, תוך הדגמת כיצד קוונטי יכול להיות כלי הדור הבא לכימאים ולמהנדסים כימיים המפתחים פתרונות אנרגיה מתקדמים. תרחישי השימוש של ExxonMobil אינם מסתיימים שם, כשהם שואפים לפתור אתגרי אנרגיה מורכבים. ראו כיצד ExxonMobil משתמשת במחשבים קוונטיים לשינוע דלקים נקיים יותר.

IBM עובדת עם Mitsubishi Chemical, שותפה ברשת IBM Quantum Network דרך IBM Quantum Keio Hub, על מגוון יישומים קוונטיים פוטנציאליים. פרסומם משנת 2019, "Computational Investigations of the Lithium Superoxide Dimer Rearrangement on Noisy Quantum Devices," עשוי להיות בסיסי לפיתוח סוללות עתידיות. מאמר ב-EE Times, "Battery Research Advances Quantum Computing Capabilities," מספק מידע נוסף על מחקר זה, שהיה ממנו נגרר במהירות על ידי שני מאמרי מחקר נוספים — אחד על "Applications of Quantum Computing for Investigations of Electronic Transitions in Phenylsulfonyl-Carbazole TADF Emitters" ואחד על "Quantum-Classical Computational Molecular Design of Deuterated High-Efficiency OLED Emitters.". משימתם היא למדל ולנתח את המבנים המולקולריים העמוקים של חומרי OLED חדשים פוטנציאליים.

כדאי לבדוק

עיינו במשאבים הרשומים כאן כדי ללמוד עוד על כיצד מחשבי IBM Quantum משפיעים על תעשיות אלה.

• קראו את דוח IBM על "Exploring Quantum Use Cases for Chemicals and Petroleum."

• ראו מקרה לקוח: ExxonMobil רותמת מחשוב קוונטי לפיתוח טכניקות סימולציית כימיה מדויקות יותר בטכנולוגיות ופתרונות אנרגיה.

• קראו דוח McKinsey זה על הפוטנציאל שהם רואים במגזר הכימיקלים והנפט: "The Next Big Thing? Quantum Computing's Potential Impact on Chemicals."

• קראו כיצד IBM ושותפים מאיצים את גילוי דרכים חדשות לצמצום שינויי האקלים.

תשתיות

"תשתיות ממלאות תפקיד קריטי בסיוע לתעשיות, חברות וצרכנים להשיג יעדי net-zero," אומר Gregor Pillen, מנהל כללי של IBM DACH. "עם זאת, הגשמת זה דורשת טכנולוגיות מתוחכמות כדי לעזור לתשתיות לחזות ולייעל את הרשת כדי לעמוד בביקוש, כמו גם להגביר את השימוש באנרגיה נקייה ומתחדשת. מחשוב קוונטי מציע את יכולות המחשוב לסייע לתשתיות לנווט בעתיד חדש וברר-קיימא יותר זה."

כחלק ממאמצי הפחתת הפחמן שלה, E.ON שיתפה פעולה עם IBM לחקור את הפוטנציאל של מחשוב קוונטי לאופטימיזציה של תשתית האנרגיה המבוזרת יותר ויותר של העולם. "אתה מחבר את הרכב החשמלי שלך לטעינת הסוללה, ואולי יש לך פאנל סולארי שמספק חשמל לביתך ולרכבך. אבל האם תוכל למכור את האנרגיה העודפת לשכנים שלך ברחוב? למה שתצטרך לקבל אנרגיה מאלפי קילומטרים שהופקה בתחנת כוח שורפת גז?" שואל Corey O'Meara, מוביל מחשוב קוונטי בטכנולוגיה דיגיטלית של E.ON (ראו "IBM Panel Highlights Quantum Role in Sustainability"). אלגוריתמים של מחשוב קוונטי עשויים להחזיק את המפתח לניהול המורכבות הנוצרת כאשר נכסים נוספים מחוברים לרשת.

הפוטנציאל של מחשוב קוונטי לסייע בגילוי חומרים חדשים שנועדו לשפר את ייצור האנרגיה, העברתה ואחסונה הוא אחת הסיבות לכך ש-bp מתחברת עם IBM Quantum כדי להשיג את יעדי net-zero שלה.

Woodside Energy, שותפת IBM, מתנסה באלגוריתמים חדשים להפחתת תקורת העברות נתונים בין מערכות קלאסיות וקוונטיות, מה שמאפשר יישום ליבות קוונטיות על נתוני זרמים.

בתעשיית הטלקומוניקציה, מחשוב קוונטי מראה פוטנציאל לספק פתרונות לניתוב תעבורת רשת ואיזון עומסים, צריכת GHG/אנרגיה וסגמנטציה קונטקסטואלית של לקוחות. Vodafone משתפת פעולה עם IBM Quantum כדי לסייע באימות ולקדם תרחישי שימוש קוונטיים פוטנציאליים בטלקומוניקציה.

כדאי לבדוק

• קראו דוח McKinsey זה על כיצד מחשוב קוונטי יכול להאיץ את פיתוח טכנולוגיות אקלים כדי לשנות את המאבק בשינוי האקלים: "Quantum Computing Might Just Save the Planet."

נקודות מפתח

מחשוב קוונטי צפוי להיות בעל השפעה חזקה במגזרי הכימיקלים והנפט, ההפצה והלוגיסטיקה, השירותים הפיננסיים, הבריאות ומדעי החיים והייצור.

דוגמאות ליישומים של מחשוב קוונטי כוללות:

• סימולציה של דינמיקה קוונטית לקידום גילוי חומרים
• ניהול סיכונים והזדמנויות הקשורים לתיקי השקעות פיננסיים
• גילוי תרופות חדשות ומבני חלבונים
• אופטימיזציה של מערכות אנרגיה מבוזרות

מחשוב קוונטי יכול לסייע בפתרון יישומים הכוללים

• סימולציה של הטבע
• בינה מלאכותית
• אופטימיזציה

מנהיגי עסקים צריכים להתכונן לטכנולוגיה החדשה הזו על ידי הערכת המוכנות עכשיו. ניתן לעשות זאת על ידי זיהוי אלוף מחשוב קוונטי, הערכת אילו תחומים בעסקיהם עשויים להיות מושפעים ממחשוב קוונטי, פיתוח מערכי מיומנויות נכונים והתנסות עם מחשב קוונטי אמיתי. המשיכו למודול הבא כדי ללמוד עוד על משאבי מחשוב קוונטי של IBM וכיצד הארגון שלכם יכול להפוך למוכן קוונטית.