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科技資訊

量子計算機在鋼鐵制造領域取得應用突破

時間:2021-07-01 18:00:52   作者:機械制圖網   來源:   閱讀:52   評論:0
日本制鐵認為,盡管量子計算機目前存在硬件限制,但在優化復雜問題時,量子計算技術仍有廣闊的前景。

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

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

經過了一年多的新算法測試和嘗試后,日本制鐵得出的結論是,盡管量子計算機目前的硬件限制,但在優化復雜問題時,量子計算技術具有廣闊的前景。

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算公司能夠取得的結果表明,量子計算將成為企業尋求競爭優勢的有力工具。”

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

相關的工廠首先對鐵礦石、煤炭和其他礦物進行預處理和提煉并加工成鋼坯,然后再將其轉化為鋼軌、鋼條、鋼管、管材和車輪等產品。

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

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

出于這個原因,紙和筆早已被復雜的軟件服務所取代,日本制鐵一直都是先進計算技術的長期投資者,不過即便時下最強大的超級計算機也很難給出解決如此復雜問題的最佳方案。

由于經典計算機只能提供簡化和近似,日本制鐵決定嘗試使用量子技術并在去年宣布與量子軟件公司CQC建立伙伴關系。

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

量子計算機靠的是量子比特,量子比特是一些可以處于特殊的雙量子狀態的微小粒子,這種狀態下的量子比特能夠同時進行多種計算。這意味著,一些經典計算機無法在任何現實的時間框架內解決的最復雜的問題可能終有一天在量子計算機上可以在幾分鐘內解決。

但是,量子計算技術仍處于起步階段:量子計算機目前只能支持非常少的量子比特,因此無法進行商業規模的有用計算。而科學家們則對該技術的理論價值更感興趣一些,他們正在準備在量子計算機發展成熟后充分利用該項技術的潛力。

對于日本制鐵的實際工作而言,這意味著借助CQC的服務和專業知識,可以發現量子算法達到最有效地模擬和優化公司供應鏈的目的。

據了解,目前兩家公司的研究團隊都在集中精力解決一個具體的小規模問題,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。

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

據CQC的業務發展主管Mehdi Bozzo Rey表示:“利用這些結果可以將這個問題擴展到更大的實例,頗令人鼓舞。這個實驗展示了系統模型H1與現代量子算法結合的能力以及這種新興技術的真正前景。”

更重要的是,諸如CQC和日本制鐵開發的這種優化算法,還可以被應用到制造、運輸和分銷等許多其他場景。

例如,今年早些時候,IBM和能源巨頭埃克森美孚就透露,他們一直在合作建立各種量子算法,希望有朝一日量子算法可以優化數以萬計的商船穿越海洋運送日常貨物的路線,該行業市值達14萬億美元,是個可以極大地受益于運營效率的行業。

另外,日本制鐵還在本月早些時候宣布了與Honeywell和CQC的合作,這次的結果是合作后的第一個成果。目前,CQC的量子軟件能力正在計劃與Honeywell量子硬件服務合并,該交易預計將在行業內掀起波瀾。

兩家公司聯手后,有希望成為量子生態系統的領導者。因此,兩家公司與日本制鐵的早期試驗結果可能只是未來許多新項目的開始,經過強強聯合,雙方將能夠實現專業知識的互補,并把技術方案應用于各種不同行業,解決更多全球性問題。

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