量子计算机在钢铁制造领域取得应用突破

新日铁认为，虽然量子计算机目前存在硬件限制，但量子计算技术在优化复杂问题时仍有广阔前景。(图：霍尼韦尔量子解决方案公司)

钢铁制成的产品太多了，比如铁路、轮船、刀叉等。为了保证这种热门材料的稳定供应，钢铁制造商新日铁集团有限公司目前正在研究如何发挥量子计算的作用。

2019年，新日铁公司钢产量高达5000万吨(占日本总产量的40%)，还与剑桥量子计算公司(CQC)和霍尼韦尔公司合作，研究量子计算机能否提高供应链效率。

在对新算法进行了一年多的测试和尝试后，新日铁公司得出结论，尽管目前量子计算机存在硬件限制，但量子计算技术在优化复杂问题方面具有广阔的前景。

霍尼韦尔量子解决方案公司总裁Tony Uttley表示：“新日铁和剑桥量子计算公司能够取得的成果表明，量子计算将成为企业寻求竞争优势的有力工具。”

钢铁制造过程是一件非常复杂的事情，涉及到很多不同的步骤，在最终产品制造出来之前需要各种原材料。

相关工厂首先对铁矿石、煤炭等矿物进行预处理和提炼，加工成钢坯，然后转化为钢轨、钢筋、钢管、管材、车轮等产品。

在这方面，新日铁需要处理数百万吨的物料，然后找到最佳方程式，并确保正确的产品出现在正确的地点和时间，以确保订单能够尽可能有效地交付。

此外，还需要保证严格的截止日期，所以不难理解为什么新日铁还在寻找最先进的工具来模拟和优化整个系统，降低运营成本。

因此，纸和笔早已被复杂的软件服务所取代。新日铁一直是先进计算技术的长期投资者，但即使是当今最强大的超级计算机也很难给出解决如此复杂问题的最佳方案。

由于经典计算机只能提供简化和近似，新日铁决定尝试量子技术，并于去年宣布将与量子软件公司CQC建立合作伙伴关系。

新日铁首席研究员平野浩二表示：“工厂的调度是我们面临的最大物流挑战之一，因此我们一直在寻找简化和改进这一操作的方法。”

计算机依赖于量子位，量子位是可以处于特殊双量子状态的微小粒子。在这种状态下，量子比特可以同时执行各种计算。这意味着一些经典计算机无法在任何现实时间框架内解决的最复杂的问题有一天可能会在量子计算机上几分钟内解决。

但是量子计算技术还处于起步阶段：目前量子计算机只能支持很少的量子比特，因此无法在商业规模上进行有用的计算。科学家们对这项技术的理论价值更感兴趣，他们正准备在量子计算机成熟后充分利用这项技术的潜力。

为了日本钢铁公司的实际工作；钢铁有限公司，这意味着借助CQC的服务和专业知识，可以找到量子算法来达到最有效地模拟和优化公司供应链的目的。

据了解，目前两家公司的研究团队都在集中精力解决一个具体的小规模问题。这个问题的解决虽然不能给新日铁带来很大的价值，但是可以用今天新的量子硬件来解决。

研究团队的研究人员针对这一“代表性”问题开发了一种量子算法，并在霍尼韦尔的系统模型H1上成功运行，该模型是霍尼韦尔的陷离子量子计算硬件的新产品，具有10个可用量子比特和512个记录量子体积。该团队的科学家表示，H1系统模型只需几步就能找到最优解。

根据CQC商业发展负责人迈赫迪博佐雷伊的说法，“利用这些结果将这个问题扩展到更大的案例是令人鼓舞的。这个实验展示了将系统模型H1与现代量子算法相结合的能力，以及这一新兴技术的真正前景。”

更重要的是，像CQC和新日铁这样的优化算法也可以应用于制造、运输和配送等许多其他场景。

例如，今年早些时候，IBM和能源巨头埃克森美孚透露，他们一直在合作建立各种量子算法，希望有一天量子算法可以优化数万艘商船运送日常货物穿越海洋的路线。这个行业的市值是14万亿美元，这是一个可以极大受益于运营效率的行业。

此外，新日铁本月初宣布与霍尼韦尔和CQC合作，这次的结果是合作后的第一个结果。目前，CQC的量子软件能力正计划与霍尼韦尔量子硬件服务合并，这笔交易有望在业界掀起波澜。

两家公司联手后，有望成为量子生态系统的领导者。因此，两家公司和新日铁的早期测试结果可能只是未来许多新项目的开始。强强联合后，双方将能够互补专业知识，将技术解决方案应用于各个行业，解决更多全球性问题。