Obliczenia kwantowe: pięć kroków, które należy podjąć już teraz

Branże ochrony zdrowia, nauk o życiu oraz farmacji

Ochrona zdrowia, tzw. „life science” oraz farmacja to branże, w których pewne ograniczenie stanowią procesy przeprowadzania badań klinicznych. Służą one ochronie dobrostanu pacjentów, jednocześnie są drogie i powodują, że wprowadzanie produktu na rynek jest długotrwałym procesem.

Duży potencjał obliczeń kwantowych w zakresach symulacji złożonych systemów i procesów daje możliwość przyspieszenia analizy badań klinicznych, pomagając w szybszym dostarczaniu nowych produktów i terapii z lepszym wynikiem dla pacjenta i w sposób bardziej efektywny kosztowo. Właśnie tego dokonano w ramach najnowszej współpracy między spółkami Quantum Computing (QCI) a IPQ Analytics; efektem ich prac była nowa technologia zwiększająca wydajność i również dająca lepsze rezultaty badań klinicznych i diagnostyki. [i]

Piotr Ciepiela, EY Global Consulting Cyber Architecture, Engineering and Emerging Technology Leader, wśród obszarów gotowych na nadejście informatyki kwantowej wymienia badania kliniczne, a także opracowywanie nowych leków, przewidywanie chorób, sekwencjonowanie genomu i diagnostykę pacjentów – a to tylko niektóre z nich.

– Niekoniecznie wykorzystamy komputery i technologię kwantową do stworzenia cyfrowego bliźniaka człowieka, a przynajmniej jeszcze nie teraz, da się jednak symulować kluczowe układy ludzkiego organizmu – np. układu odpornościowego – twierdzi Ciepiela. – Następnie przy pomocy kwantowych obliczeń będzie można przebadać skuteczność i potencjalne skutki uboczne nowego leku, i to szybciej oraz przy mniejszym ryzyku niż w przypadku konwencjonalnych badań klinicznych.

Ponieważ komputery kwantowe są w stanie analizować wiele scenariuszy jednocześnie, daje to nadzieję na większe tempo badań nad chorobami, które mają na nas duży wpływ, jak np. rak, choroba Parkinsona, HIV czy AIDS, choroba Alzheimera, malaria czy choroba sercowo-naczyniowa.

Logistyka, łańcuch dostaw i podróże

Jeśli chodzi o optymalizację tras, dzięki zdolności prowadzenia wielu obliczeń równolegle komputery kwantowe są idealnym rozwiązaniem dla sektorów logistyki, łańcucha dostaw i podróży.

Konwencjonalne binarne komputery analizują każdą możliwą trasę podróży między ustalonymi punktami pojedynczo, dopóki nie zidentyfikują najlepszej opcji; z kolei komputery kwantowe są w stanie analizować wszystkie trasy jednocześnie i wskazać najlepszą dostępną opcję w czasie, który stanowi zaledwie ułamek dotychczasowego czasu obliczeniowego.

Pierwszy na świecie pilotażowy projekt związany z optymalizacją tras przy zastosowaniu obliczeń kwantowych już jest realizowany w Lizbonie w Portugalii. W ramach tego przedsięwzięcia na komputerze kwantowym firmy D-Wave oblicza się najszybsze trasy przejazdu pomiędzy 26 przystankami dla dziewięciu autobusów w mieście. Komputer kwantowy stale otrzymuje informacje o obecnym ruchu drogowym oraz inne zmienne i generuje indywidualne dla każdego z dziewięciu pojazdów trasy przejazdu między 26 przystankami, niemal w czasie rzeczywistym.

Algorytm przewiduje również i uwzględnia liczbę pasażerów, dodając tymczasowe połączenia do zaplanowanych kursów autobusów, by obsłużyły przystanki o największym obłożeniu.

Lizboński projekt pilotażowy związany z kwantową optymalizacją tras zaprojektowano tak, by można go było w całości rozwinąć na szerszą skalę – dzięki temu można go przenieść do dowolnego miasta i zastosować dla floty pojazdów dowolnej wielkości. Przykładowo zastosowanie to można również rozszerzyć w kierunku optymalizacji ostatniego etapu dostawy do odbiorcy, dla operatorów flot oraz serwisów indywidualnego przewozu pasażerów.

Z kolei pojawienie się pojazdów autonomicznych otwiera możliwości tworzenia całych sieci ruchu drogowego zgodnych z koncepcją inteligentnego miasta (tak zwanego konceptu Smart City), gdzie zarządzaniem i optymalizacją procesów zajmują się komputery kwantowe. Mogłoby to przynieść korzyści takie jak mniejsze zatłoczenie dróg, lepsza efektywność energetyczna i zrównoważony rozwój na wielką skalę, a także dużą zmianę pod względem bezpieczeństwa uczestników ruchu drogowego.

Z kolei w szerzej rozumianym obszarze logistyki obliczenia kwantowe mogą pomóc organizacjom podwoić wysiłki w zaspokajaniu potrzeb klientów przy minimalizacji całkowitych kosztów związanych z łańcuchem dostaw. Może to obejmować zapewnienie dostępności zasobów w optymalnej lokalizacji, maksymalizację jednoczesnego przygotowywania przesyłek oraz dalsze udoskonalenie składania zamówień z wyprzedzeniem w celu przyspieszenia obsługi na ostatnim odcinku dostawy do odbiorcy.

Pojawienie się usług chmurowych opartych na obliczeniach kwantowych, takich jak Amazon Braket, może okazać się potężnym narzędziem dla firm poszukujących podobnych rozwiązań dla punktów i procesów końcowych w kontekście złożonych wyzwań związanych z transportem autonomicznym, logistyką, projektowaniem inteligentnego miasta czy innych zastosowań opartych na intensywnym przetwarzaniu danych, z ogromnym wachlarzem permutacji („Permutacja – wzajemnie jednoznaczne przekształcenie pewnego zbioru na siebie.” – wiki).

Sektor finansowy: usługi bankowe oraz zarządzanie aktywami i majątkiem

– Możemy spodziewać się, że obliczenia kwantowe doprowadzą do diametralnego przełomu w sektorach bankowości oraz zarządzania majątkiem i aktywami – twierdzi Sanz Saiz. – Sektor ten już teraz mocno polega na sztucznej inteligencji (AI) i uczeniu maszynowym (ML), ale komputery kwantowe sprawią, że te i inne możliwości obliczeniowe wzniosą się na zupełnie nowy poziom.

W sektorze finansowym już zidentyfikowano możliwości zastosowania obliczeń kwantowych w następujących trzech obszarach:

• Profilowanie ryzyka: instytucje finansowe mierzą się z coraz większymi żądaniami ze strony organów regulacyjnych, by bilansować ryzyko, zabezpieczać pozycje tradingowe i poddawać działalność testom warunków skrajnych celem zapewnienia zgodności z przepisami. Jednakże w obecnej sytuacji symulacje przeprowadzane na konwencjonalnych komputerach mają szeroki margines błędu. Obliczenia kwantowe mogą dać większą precyzję, szybsze wykonywanie symulacji oraz możliwość sprawnego testowania znacznie szerszego wachlarza rezultatów.
• Optymalizacja handlu: zarządzający aktywami i majątkiem mogą spodziewać się zastosowania obliczeń kwantowych do optymalizacji portfeli inwestycyjnych klientów dzięki temu, że technologia ta jest w stanie pracować z dużymi zbiorami danych, które dotychczas trudno było przetworzyć. W coraz bardziej złożonym otoczeniu tradingowym będą oni w stanie wykorzystać obliczenia kwantowe, by zrozumieć i uwzględniać rzeczywiste zmienne takie jak zmienność rynkową, a następnie symulować liczne scenariusze i prawidłowo szacować przewidywane zyski.
• Personalizacja: Szacuje się, że 25% instytucji finansowych traci klientów z powodu braku możliwości dopasowania swoich ofert do potrzeb poszczególnych osób. Jednak zrozumienie potrzeb klienta w czasie rzeczywistym to przytłaczające wyzwanie i wymagają modeli analitycznych i przetwarzania ogromnych ilości danych. Obliczenia kwantowe mają szansę zmienić reguły gry dzięki ponadprzeciętnej zdolności do identyfikowania i ekstrapolowania schematów obecnych w złożonych danych dotyczących zachowań klientów, co umożliwi przewidywanie potrzeb poszczególnych osób.
• Wykrywanie przestępstw finansowych: Obliczenia kwantowe można zastosować również do wykrywania podejrzanych ruchów w danych oraz przepływów transakcyjnych związanych z oszustwami korporacyjnymi i finansowymi, praniem pieniędzy i unikaniem opodatkowania. Systemy wykrywania oszustw nadal są bardzo niedokładne, dając 80% fałszywie pozytywnych wyników, przez co instytucje finansowe mają nadmierną awersję do ryzyka. Aby ocena kredytowa była właściwa, proces wdrażania nowego klienta może trwać nawet 12 tygodni.

Choć nie wszystkie rozwiązania kryptograficzne będą narażone na wpływ obliczeń kwantowych, to dla niektórych form o krytycznym znaczeniu technologia ta będzie stanowić zwiększone zagrożenie. Owszem, istnieje realne ryzyko, że hakerzy już zaczęli przechwytywać i przechowywać zaszyfrowane dane, które będą mogli odszyfrować i wykorzystać, gdy obliczenia kwantowe staną się łatwo dostępne.

Richard Watson, EY Global and Asia- Pacific Cybersecurity Consulting Leader, oferuje proste wskazówki. – W ciągu trzech do siedmiu lat komputery kwantowe będą w stanie złamać algorytmy kluczy szyfrowania chroniących nasze dane i infrastrukturę internetową – stwierdza. – Będą one też z sukcesem wykorzystywać ataki „na siłę.

Na przykład algorytm RSA zapewnia szyfrowanie dla większości podmiotów w wartej 4 biliony dolarów branży e-commerce. Jego fundamentem jest fakt, że iloczyn dwóch liczb pierwszych jest trudny do rozłożenia na czynniki. Komputerom konwencjonalnym złamanie szyfrowania RSA zajęłoby biliony lat. W ciągu następnej dekady mogą jednak pojawić się komputery kwantowe zdolne do złamania kodu w kilka sekund.

– Organizacja EY skupia się obecnie na zagrożeniach dla cyberbezpieczeństwa związanych z informatyką kwantową, zarówno wewnętrznie, jak i na zewnątrz – mówi Watson. – Już podpisała umowy sojusznicze z siecią start-upów z obszaru cyberbezpieczeństwa w kontekście obliczeń kwantowych i aktywnie prowadzi rozmowy z klientami, głównie z sektora usług finansowych.

Zbadać konotację i uzależnienie celi biznesowych z kwantowymi

Zarządzanie strategiczną transformacją biznesową z zastosowaniem klasycznych technologii cyfrowych samo w sobie może być trudne, nie trzeba w to mieszać obliczeń kwantowych. Chociaż ważne jest, by liderzy biznesowi myśleli o oddziaływaniu obliczeń kwantowych jako takich, należy też zwrócić uwagę na to, jak technologia ta zazębia się z imperatywami, jakimi kieruje się organizacja; są to np. kwestie związane ze środowiskiem, społeczeństwem i ładem korporacyjnym (ESG), zarządzanie talentami oraz przyszłym kształtem pracy, oraz trwająca transformacja cyfrowa.

2. Ocenić gotowość organizacji

Liderzy powinni tworzyć zespoły pilotażowe – najlepiej raportujące bezpośrednio do zarządu – by ocenić, w jakich obszarach obliczenia kwantowe mogą być przydatne w kontekście przyszłych produktów, usług oraz operacji biznesowych, jaka jest dojrzałość aktualnych relacji w obrębie ekosystemu oraz dostępność specjalistów o odpowiednich umiejętnościach.

3. Wzmocnienie ochrony cybernetycznej

Zdaniem Watsona organizacje powinny już teraz zacząć proces oceniania, w jakim stopniu mogą być narażone na ataki hackerskie przeprowadzane przy użyciu komputerów kwantowych. Twierdzi on, że proces ten obejmuje identyfikację najcenniejszych zasobów, ustalenie ich lokalizacji, określenie, do czego one służą oraz jak są przechowywane i przekazywane. Dzięki takim informacjom organizacje będą wówczas w stanie zaplanować, jak najlepiej wdrożyć technologie szyfrowania odporne na obliczenia kwantowe – tak, by w pierwszej kolejności zabezpieczyć wystawione na ryzyko najcenniejsze zasoby.

4. Zbudowanie i rozwój ekosystemu partnerów informatyki kwantowej

Biorąc pod uwagę koszt, złożoność oraz szybkość rozwoju informatyki kwantowej, dobrym posunięciem będzie włączenie się w ten płynny jeszcze krajobraz i wypracowanie własnych partnerskich ekosystemów, tak by pomyślnie zaplanować działania w sytuacji nadchodzącej technologii. Dzięki ścisłej współpracy z zaufanymi podmiotami zewnętrznymi organizacje będą miały świadomość, czym są obliczenia kwantowe oraz będą gotowe na zastosowanie tej technologii, gdy już nastanie ta ekscytująca nowa era informatyczna.

5. Należy uważnie obserwować sytuację, by wykryć przełomowe innowacje oparte na obliczeniach kwantowych

Przyszłość obliczeń kwantowych nadal jest niepewna. Aby poradzić sobie z tą wieloznacznością, organizacje mogą monitorować szerszy krajobraz społeczny, technologiczny, gospodarczy, środowiskowy i polityczny, by wykryć zwiastuny postępu i przełomowych innowacji. O zmianach technologicznych i przełomowych rozwiązaniach w informatyce kwantowej często donosi prasa techniczna i handlowa, a o eksperymentach przeprowadzanych przez konkurentów można przeczytać w ich korporacyjnych komunikatach prasowych. Firmy analityczne zapewniają kompleksowy przegląd obszaru obliczeń kwantowych, a partnerzy technologiczni i dostawcy mogą przekazywać newslettery i oferować szkolenia dotyczące ich własnych rozwiązań.

Podsumowanie

Informatyka kwantowa najprawdopodobniej całkowicie odmieni oblicze każdej gałęzi gospodarki, a kształt tych zmian trudno do końca przewidzieć. Wśród licznych innowacji opartych na obliczeniach kwantowych mogą być także i takie, które będą zagrożeniem, również pod względem cyberbezpieczeństwa oraz przełomowych zmian w sektorze. Najlepszym sposobem, by skorzystać na obliczeniach kwantowych i przygotować się na ryzyka, jakie one ze sobą niosą, jest podjęcie jak najwcześniej zdecydowanych działań i angażowanie się przy tym we współpracę.