过去20年中,量子计算经历了颠覆性巨变。未来,量子计算机可以快速处理棘手问题,将在包括制造业在内的多个领域产生重大影响。

管理咨询公司Sia Partners表示,经典计算机与量子计算机之间的关系,就好比蜡烛与灯泡、自行车与飞机。量子计算是一种全新的范式转移,带来了无限可能。

量子计算对制造业意味着什么?-量子客
图1|量子计算机(来源:IBM)

而当量子计算的预测能力在制造业中加以实现,航空航天、电子等行业的可从以下层面受益:

1 电池的能量密度得到明显提升;

2 更具优势的材料强度和重量;

3 更高效的合成和催化过程,助力发电或碳捕获。

 

用于设计

如今,计算机模拟在产品的设计和测试过程中,扮演着重要的角色。许多行业的硬件组件均按3D模型建模,并具有各自的安全裕度。

量子计算对制造业意味着什么?-量子客
图2|3D模型(来源:Will Design)

然而,当安全裕度逐渐累积时,就会出现一些问题,导致产品超重、成本超标等,这些潜在的问题会阻碍商机。

将来,量子计算机可以模拟复杂硬件系统中的组件交互。IBM预测[2],这样可以更精确的计算载荷路径、噪声、振动和系统负载。

这种集成分析可以在整个系统内,优化单个组件的制造。从而在不牺牲系统性能的情况下,减少安全裕量的累积并减少成本

 

用于控制

制造控制过程较为复杂,通常会测试高级分析的极限。当采用机器学习并需要分析多个变量时,这种情况尤为明显。

量子计算对制造业意味着什么?-量子客
图3|制造控制过程(来源:Nebula)

量子计算,结合机器学习,可以通过以下方式影响制造业:

1 通过使生产线动态执行优化,可加速其过程。而由于模拟和优化为计算机密集型,所以量子计算特别受用于复杂产品的生产流程和机器人调度;

2 使制造商超越经典计算的限制。尽管半导体芯片制造已将多变量分析和机器学习,集成到制造过程当中,但依旧出现了计算壁垒。量子计算可以通过分析额外交互因素和过程来提高产量;

3 量子计算可以分析更为复杂的软件系统。软件开发依赖于成熟的软件确认、验证和故障分析体系。一辆豪华车可能需要1亿行代码[3],这进一步说明了量子计算的必要性

 

用于物流和供应链

量子计算可能会改变供应链格局[4],通过动态实时决策来优化供应商订单和物流。

供应链正在快速发展,基于实时市场需求和关键组件的可用性,从线性模型向有机模型转变,为量子计算创造了真正的潜力。

量子计算与供应链工具箱内的其他技术相结合时,可以加速决策制定,并增强风险管理,从而降低运营成本,减少由于缺货或停产而造成的销售损失。

一个英国B2B快递公司Speedel,对即将到来的量子计算感到非常兴奋。Speedel的运营经理表示,量子计算可能会为物流团队带来更多机会,规划出持续性更强,成本更低的路线。

量子计算对制造业意味着什么?-量子客
图4|最佳路线规划(来源:埃尔姆赫斯特大学)

他说:“如果公司计划使用大量车辆,跨越多条潜在路线来运送订单,那么经典计算机可能会被数以百万计的选择所淹没。而量子计算机将以低能耗、高速度来确定最佳路线。”

他补充道,运营经理不用弄懂这其中的科学依据,只要认识到量子的实用性,以及简化物流和供应链格局的能力即可。

 

制造商的下一步

完全了解量子技术将如何改变世界,如同在1990年代初评估早期互联网的影响一样。可以想象到无数可能性,但还不够具体。

对于制造商来说,量子世界的确令人望而生畏,其中有几个需要铭记的要点

量子计算对制造业意味着什么?-量子客
图5|将问题交给量子人员(来源:CDL)

1 集中注意力与短期、中期和长期内可以实现的问题上,而不是过分拘泥于基础技术;

2 在开发基于量子技术的新用例上,保持开放心态。确定出最值得解决的问题,并探索量子在特定行业中的潜在应用

3 建立合伙关系,加速量子领域的认知、能力和成果。例如志趣相投的研究实验室、量子技术供应商、量子应用程序开发人员/程序员,或量子教育人员;

尽管前方道路可能漫长而曲折,但迟到就相当于损失。如今,可以通过应用早期的量子技术,来解决制造商面临的实际问题,从而获得价值。

 

参考链接:

[1]https://www.manufacturingglobal.com/technology/what-quantum-computing-could-mean-manufacturing

[2]https://www.ibm.com/thought-leadership/institute-business-value/report/quantum-manufacturing#

[3]https://www.visualcapitalist.com/millions-lines-of-code/

[4]https://www.supplychaindigital.com/logistics/supply-chain-quantum-computing-conundrum

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:丁艳