▲ 日本制鐵認(rèn)為，盡管量子計(jì)算機(jī)目前存在硬件限制，但在優(yōu)化復(fù)雜問題時，量子計(jì)算技術(shù)仍有廣闊的前景。(圖：Honeywell量子解決方案公司)

用鋼鐵制成的產(chǎn)品不勝枚舉，例如鐵路、輪船、刀叉等等，為了確保這種搶手材料的穩(wěn)定供應(yīng)，鋼鐵制造商日本制鐵集團(tuán)公司目前正在研究，如何發(fā)揮量子計(jì)算的作用。

日本制鐵公司2019年生產(chǎn)了高達(dá)5000萬噸的鋼材（占日本總產(chǎn)量的40%），還與劍橋量子計(jì)算公司（CQC）和Honeywell公司開展合作，研究量子計(jì)算機(jī)可否有可能提高供應(yīng)鏈的效率。

經(jīng)過了一年多的新算法測試和嘗試后，日本制鐵得出的結(jié)論是，盡管量子計(jì)算機(jī)目前的硬件限制，但在優(yōu)化復(fù)雜問題時，量子計(jì)算技術(shù)具有廣闊的前景。

Honeywell量子解決方案公司總裁Tony Uttley表示：“日本制鐵和劍橋量子計(jì)算公司能夠取得的結(jié)果表明，量子計(jì)算將成為企業(yè)尋求競爭優(yōu)勢的有力工具。”

鋼鐵制造過程是件非常復(fù)雜的事情，會涉及許多不同的步驟，而且在制造最終產(chǎn)品之前需要各種原材料。

相關(guān)的工廠首先對鐵礦石、煤炭和其他礦物進(jìn)行預(yù)處理和提煉并加工成鋼坯，然后再將其轉(zhuǎn)化為鋼軌、鋼條、鋼管、管材和車輪等產(chǎn)品。

對此，日本制鐵需要處理數(shù)以百萬噸計(jì)的材料，然后找到最佳方程并確保正確的產(chǎn)品在正確的地點(diǎn)和時間出現(xiàn)，如此才能保證盡可能有效地交付訂單。

加上還需要保證嚴(yán)格的最后期限，因此就不難理解，為什么日本制鐵還在尋找最先進(jìn)的工具，來模擬和優(yōu)化整個系統(tǒng)并降低運(yùn)營成本。

出于這個原因，紙和筆早已被復(fù)雜的軟件服務(wù)所取代，日本制鐵一直都是先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的長期投資者，不過即便時下最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)也很難給出解決如此復(fù)雜問題的最佳方案。

由于經(jīng)典計(jì)算機(jī)只能提供簡化和近似，日本制鐵決定嘗試使用量子技術(shù)并在去年宣布與量子軟件公司CQC建立伙伴關(guān)系。

日本制鐵首席研究員Koji Hirano表示：“工廠的調(diào)度是我們面臨的最大物流挑戰(zhàn)之一，為此，我們一直在尋找簡化和改善這方面操作的方法。”

量子計(jì)算機(jī)靠的是量子比特，量子比特是一些可以處于特殊的雙量子狀態(tài)的微小粒子，這種狀態(tài)下的量子比特能夠同時進(jìn)行多種計(jì)算。這意味著，一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法在任何現(xiàn)實(shí)的時間框架內(nèi)解決的最復(fù)雜的問題可能終有一天在量子計(jì)算機(jī)上可以在幾分鐘內(nèi)解決。

但是，量子計(jì)算技術(shù)仍處于起步階段：量子計(jì)算機(jī)目前只能支持非常少的量子比特，因此無法進(jìn)行商業(yè)規(guī)模的有用計(jì)算。而科學(xué)家們則對該技術(shù)的理論價值更感興趣一些，他們正在準(zhǔn)備在量子計(jì)算機(jī)發(fā)展成熟后充分利用該項(xiàng)技術(shù)的潛力。

對于日本制鐵的實(shí)際工作而言，這意味著借助CQC的服務(wù)和專業(yè)知識，可以發(fā)現(xiàn)量子算法達(dá)到最有效地模擬和優(yōu)化公司供應(yīng)鏈的目的。

據(jù)了解，目前兩家公司的研究團(tuán)隊(duì)都在集中精力解決一個具體的小規(guī)模問題，雖然該問題的解決并不能為日本制鐵帶來重大價值，但卻可以利用今天的新生量子硬件解決該問題。

研究團(tuán)隊(duì)的研究人員為這個“代表性”問題開發(fā)了一種量子算法并成功在Honeywell公司的系統(tǒng)模型H1上運(yùn)行了該算法，系統(tǒng)模型H1是Honeywell公司離子捕捉(Trapped-ion)量子計(jì)算硬件新推出的產(chǎn)品，該量子計(jì)算硬件具有10個可用的量子比特以及512個破紀(jì)錄的量子體積。團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們表示，系統(tǒng)模型H1只需經(jīng)過幾個步驟就能夠找到一個最佳解決方案。

據(jù)CQC的業(yè)務(wù)發(fā)展主管Mehdi Bozzo Rey表示：“利用這些結(jié)果可以將這個問題擴(kuò)展到更大的實(shí)例，頗令人鼓舞。這個實(shí)驗(yàn)展示了系統(tǒng)模型H1與現(xiàn)代量子算法結(jié)合的能力以及這種新興技術(shù)的真正前景。”

更重要的是，諸如CQC和日本制鐵開發(fā)的這種優(yōu)化算法，還可以被應(yīng)用到制造、運(yùn)輸和分銷等許多其他場景。

例如，今年早些時候，IBM和能源巨頭?？松梨诰屯嘎叮麄円恢痹诤献鹘⒏鞣N量子算法，希望有朝一日量子算法可以優(yōu)化數(shù)以萬計(jì)的商船穿越海洋運(yùn)送日常貨物的路線，該行業(yè)市值達(dá)14萬億美元，是個可以極大地受益于運(yùn)營效率的行業(yè)。

另外，日本制鐵還在本月早些時候宣布了與Honeywell和CQC的合作，這次的結(jié)果是合作后的第一個成果。目前，CQC的量子軟件能力正在計(jì)劃與Honeywell量子硬件服務(wù)合并，該交易預(yù)計(jì)將在行業(yè)內(nèi)掀起波瀾。

兩家公司聯(lián)手后，有希望成為量子生態(tài)系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者。因此，兩家公司與日本制鐵的早期試驗(yàn)結(jié)果可能只是未來許多新項(xiàng)目的開始，經(jīng)過強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，雙方將能夠?qū)崿F(xiàn)專業(yè)知識的互補(bǔ)，并把技術(shù)方案應(yīng)用于各種不同行業(yè)，解決更多全球性問題。