量子计算仍然是一项新兴技术，但许多部门已经感受到了其潜力。从医疗保健到金融再到人工智能，我们着眼于将被量子计算机重塑的行业。
量子计算机将很快能够比任何传统计算机更快地解决一些问题。这些能力可能会特别影响企业如何应对涉及大量变量和潜在结果的挑战——例如模拟化学相互作用、优化物流或对大量数据集进行分类。
1.医疗保健
量子计算机可能会以多种方式影响医疗保健。
例如，谷歌最近宣布，它使用量子计算机来模拟化学反应，这是新兴技术的一个里程碑。虽然具体的相互作用相对简单——目前的计算机也可以建模，但未来的量子计算机应该能够比经典计算机更准确地模拟复杂的分子相互作用。在医疗保健领域，这可以通过更容易预测候选药物的影响来帮助加快药物发现工作。
药物发现可能从量子计算中得到提升的另一个领域是蛋白质折叠。初创公司ProteinQure已经在利用当前的量子计算机来帮助预测蛋白质在体内将如何折叠。对于传统计算机来说，这是一项众所周知的艰巨任务。但使用量子计算来解决这个问题，最终可以使设计强大的蛋白质药物更容易。
来源：Prote蛋白Qure
最终，量子计算也可以通过允许更快的基因组分析来为特定于每位患者的定制治疗计划提供信息，从而为个性化医学提供更好的方法。
基因组测序可以产生大量数据，这意味着分析一个人的DNA需要大量的计算能力。公司已经在迅速降低人类基因组测序所需的成本和资源；但强大的量子计算机可以更快地筛选这些数据，使基因组测序更高效、更易于扩展。
一些制药巨头对量子计算表现出了兴趣。例如，默克的风险部门在2020年9月参加了萨帕塔3800万美元的B轮融资。与此同时，Biogen与量子计算软件初创公司1QBit和埃森哲合作，建立一个比较分子的平台，以帮助加快药物发现的早期阶段。
2.金融
金融分析师通常依靠计算模型，这些模型构建了关于市场和投资组合表现方式的概率和假设。量子计算机可以通过更快地解析数据、运行更好的预测模型以及更准确地权衡相互冲突的可能性来帮助改善这些。它们还可以帮助解决与投资组合风险优化和欺诈检测等任务相关的复杂优化问题。
金融量子计算机的另一个领域可能会改变，是蒙特卡洛模拟——一种概率模拟，用于了解金融预测模型中风险和不确定性的影响。IBM去年发表了关于一种方法的研究，该方法使用量子算法来优化传统的蒙特卡罗模拟来评估金融风险。
来源：IBM
包括苏格兰皇家银行、澳大利亚联邦银行、高盛、花旗集团等在内的一些金融机构都投资了量子计算初创公司。
一些人已经开始看到有希望的结果。苏格兰皇家银行全球创新侦察和研究主管John Stewart告诉《泰晤士报》，该银行能够通过使用1QBit开发的量子算法，将评估坏账贷款需要时间从几周减少到“几秒钟”。
3.网络安全
量子计算可以颠覆网络安全。
强大的量子计算机可能会破坏RSA加密等加密技术，这些技术今天通常用于敏感数据和电子通信的安全。
这种前景来自Shor算法，这是一种在20世纪90年代被理论化的量子算法。这项技术描述了一台适当强大的量子计算机——一些人预计在2030年左右会出现——如何非常迅速地找到大数的素数，这是经典计算机发现极其困难的任务。RSA加密依靠这一挑战来保护在线穿梭的数据。
但公司正在通过开发新的加密方法来应对这一威胁，统称为“后量子加密”。这些方法旨在对量子计算机更具弹性——通常通过创造一个问题，即使是强大的量子计算机也不会在试图解决时具有许多优势。该领域的公司包括Isara和Post Quantum等。美国国家标准与技术研究所（NIST）也支持这种方法，并计划到2022年推荐一个后量子密码学标准。
来源：Post Quantum
另一种名为量子密钥分发（QKD）的新兴量子信息技术也可以为量子计算机的代码破解能力提供一些机会。QKD通过使用纠缠的量子比特传输加密密钥来工作。由于量子系统在测量时会发生变化，因此可以检查窃听者是否拦截了QKD传输。做对了，这意味着即使是配备量子计算机的黑客也很难窃取信息。
尽管QKD目前面临着实际挑战，例如其有效的距离（当今大多数QKD网络都相当小），但许多人预计它很快就会成为一个大行业。例如，东芝在2020年10月表示，预计到本十年末，它将从QKD应用程序中获得30亿美元的收入。
4.区块链和加密货币
量子计算对加密的威胁延伸到区块链技术和加密货币——包括比特币和以太坊——它们依靠量子的加密协议来完成交易。
尽管基于区块链的项目面临的具体量子威胁各不相同，但在最坏情况下，潜在的后果可能是严重的。
例如，根据德勤的一项分析，大约25%的比特币（目前价值数千亿美元）的存储方式很容易被配备量子计算机的小偷窃取。另一个担忧是，量子计算机最终可能会变得足够强大，在网络上的其他参与者验证之前解密和干扰交易，从而破坏分散系统的完整性。
那只是比特币。区块链技术正越来越多地用于资产交易、供应链、身份管理等应用。
由于量子计算机带来的深刻风险，一些参与者正在采取行动，使区块链技术更安全。比特币和Etherum等已建立的网络正在为未来的迭代试验抗量子方法，已经建立了一个名为量子抗性分类账的新区块链协议，专门设计用于对抗量子计算机，包括QuSecure和Qaisec在内的初创公司表示，他们正在为企业开发抗量子区块链技术。
在未来几年更牢固地建立后量子加密标准之前，抗量子区块链可能无法完全出现。与此同时，那些运行区块链项目的人可能会对量子计算的进步保持紧张。
5.人工智能
量子计算机解析海量数据集、模拟复杂模型和快速解决优化问题的能力引起了人工智能应用的关注。
例如，谷歌表示，它正在开发将经典计算与量子计算相结合的机器学习工具，并表示它希望这些工具甚至能与近期量子计算机配合使用。
同样，量子软件初创公司Zapata最近表示，它认为量子机器学习是短期内量子计算机最有前途的商业应用之一。
尽管量子机器学习可能很快就会在广泛的领域（包括自动驾驶汽车和预测天气）提供一些商业优势——但未来的量子计算机可能会进一步推动人工智能的发展。
利用量子计算的人工智能可以推进计算机视觉、模式识别、语音识别、机器翻译等工具。
最终，量子计算甚至可能有助于创建以更人性化的方式运行的人工智能系统。例如，使机器人能够实时做出优化决策，并更快地适应不断变化的情况或新情况。
6.物流
量子计算机擅长优化。理论上，一个需要超级计算机数千年才能解决的复杂优化问题，可以由量子计算机在短短几分钟内处理。
鉴于国际航运航线和协调供应链所涉及的极端复杂性和变量，量子计算可以很好地帮助应对物流挑战。
DHL已经在关注量子计算机，以帮助其更有效地包装包裹并优化全球送货路线。该公司希望提高服务速度，同时使其更容易适应变化——例如取消订单或重新安排交货。
其他人希望使用量子计算机来改善交通流量，这种能力可以帮助送货车辆在更短的时间内进行更多的停留。
来源：大众汽车
例如，大众汽车与D-Wave Systems合作，去年在葡萄牙里斯本进行了一次试点，以优化公交线路。该公司表示，每辆参与的公交车都被分配了一条单独的路线，该路线根据不断变化的交通状况实时更新。大众汽车表示，它打算在未来将该技术商业化。
7.制造和工业设计
量子计算也引起了思考制造和工业设计的大公司的兴趣。
例如，全球航空航天公司空中客车公司于2015年成立了一个量子计算部门，并投资了量子软件初创公司QC Ware和量子计算机制造商IonQ。
该公司正在研究的一个领域是数字建模。例如，一台像样的量子计算机可以快速过滤无数的变量，以帮助确定飞机最有效的机翼设计。
包括戴姆勒和三星在内的其他公司已经在使用量子计算机来帮助研究制造更好电池的新材料。
IBM还将制造业确定为其量子计算机的目标市场，该公司强调材料科学、控制过程的高级分析和风险建模等领域是该空间的关键应用。
IBM设想的量子计算制造应用的精选。来源：IBM
尽管随着未来几年更强大的机器的出现，量子计算可能只会逐渐在制造业中实施，但一些公司——包括机器学习初创公司Solid State AI——已经为该行业提供量子支持的服务。
8.农业
量子计算机可以通过帮助更有效地生产肥料来促进农业。
世界各地几乎所有用于农业的肥料都依赖氨。更有效地生产氨（或替代品）的能力将意味着更便宜、能源密集型的肥料更少。反过来，更容易获得更好的肥料可以帮助养活地球不断增长的人口。
氨的需求量很大，到2025年，预计全球市场将达到770亿美元。
最近在改进制造或更换氨的工艺方面进展甚微，因为可以帮助我们做到这一点的可能催化剂组合的数量非常多——这意味着我们基本上仍然依赖1900年代被称为Haber-Bosch工艺的能源密集型技术。
使用今天的超级计算机来确定制造氨的最佳催化组合将需要几个世纪才能解决。
然而，强大的量子计算机可用于更有效地分析不同的催化剂组合——模拟化学反应的另一种应用——并帮助找到产生氨的更好方法。
此外，我们知道，植物根部的细菌每天使用一种叫做氮化酶的分子以非常低的能量成本制造氨。这个分子超出了我们最好的超级计算机的模拟能力，因此可以更好地理解，但它可能在未来的量子计算机的范围内。
9.国家安全
世界各国政府正在大量投资量子计算研究计划，部分是为了加强国家安全。
量子计算机的防御应用可能包括间谍的代码破解、运行战场模拟以及为军用车辆设计更好的材料。
去年，美国政府宣布对能源部运营的量子技术研究机构投资近6.25亿美元——包括微软、IBM和洛克希德·马丁在内的公司也总共为该倡议贡献了3.4亿美元。
美国正在更多地投资量子信息科学（QIS）研究，包括量子计算。来源：美国国家量子协调办公室
同样，中国政府向许多量子技术项目投入了数十亿美元，总部位于中国的一个团队最近声称已经取得了量子计算的突破。
虽然不确定量子计算何时可以在国家安全中发挥积极作用，但毫无疑问，没有一个国家会想落后于其竞争对手的能力。一场新的“军种竞赛”已经开始。
