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Impactos nos negócios

Objetivos de aprendizado​

Ao final deste módulo, você deverá ser capaz de:

  • Reconhecer os benefícios de explorar a computação quântica agora.
  • Identificar os setores e aplicações onde a computação quântica mostra potencial.

Aplicações quânticas potenciais por setor​

Os supercomputadores clássicos têm dificuldades para resolver problemas com muitas variáveis interagindo de formas complicadas, como modelar o comportamento molecular. Essas limitações clássicas representam barreiras para o progresso em uma ampla gama de setores e dificultam pesquisas importantes em física, química, ciência de materiais e muito mais.

Para entender como uma molécula vai se comportar, os cientistas muitas vezes precisam sintetizá-la e experimentar com ela no mundo real. Para ver como uma pequena mudança impactaria seu comportamento, geralmente precisam sintetizar a nova versão e executar seu experimento de novo. Este é um processo caro e demorado. Isso dificulta o desenvolvimento de materiais mais resistentes e leves para engenharia aeroespacial, limita a evolução dos semicondutores e prejudica os avanços na ciência médica. O quântico pode nos ajudar a superar barreiras de complexidade.

Esperamos que o quântico tenha o maior impacto em áreas como machine learning, simulação de sistemas naturais e criação de novos materiais úteis.

A IBM® está explorando setores onde se espera que a computação quântica mostre oportunidades. A imagem abaixo lista vários casos de uso para diversos setores, e as seções seguintes desta lição descrevem como alguns de nossos parceiros estão explorando alguns desses casos de uso.

Casos de uso

Distribuição e logística​

Quando você pensa em supercomputadores, pode pensar em laboratórios nacionais. Mas sabia que um dos maiores supercomputadores é operado pelo Walmart? Como um artigo da McKinsey aponta, viagens, transporte e logística mostram potencial para a computação quântica.

Muitos dos maiores sistemas de computação são dedicados à resolução de problemas de otimização e IA nas indústrias de aviação, logística, varejo e produtos de consumo. Problemas grandes e complexos de otimização e simulação de cenários surgem no planejamento de redes, roteamento, agendamento, precificação, carregamento de carga e gestão de interrupções. Proporcionar experiências memoráveis aos clientes por meio de conteúdo personalizado e recomendações oportunas e relevantes é alimentado por modelos de IA em evolução. No entanto, o problema da complexidade geralmente escala exponencialmente com o tamanho do problema.

A NC State, em colaboração com a Delta Air Lines, investigou a aplicação da tecnologia quântica à otimização do agendamento de portões de aeroporto. Os casos de uso potenciais para companhias aéreas incluem simulação de gestão de interrupções mais eficiente, planejamento de rede aérea e otimização de cargas de carga aérea.

Casos de uso de computação quântica para companhias aéreas

Para o setor de logística, que enfrenta uma aceleração significativa no comércio online, os computadores quânticos podem ser capazes de apoiar a otimização de roteamento global e a re-otimização frequente para criar serviços de transporte multimodal rentáveis e entrega de última milha. A computação quântica pode ajudar a simular os impactos das interrupções logísticas com maior precisão e suportar processos logísticos sustentáveis, como a otimização do transporte de contêineres.

Soluções clássico-quânticas integradas podem melhorar a criação de perfis de clientes e recomendações de próximas melhores ações para os setores de varejo e produtos de consumo. A inovação contínua de novos produtos é um fator chave para esses setores, e a computação quântica poderia desempenhar um papel crítico no desenvolvimento e teste de novos produtos. Simplificar a cadeia de suprimentos por meio de otimização pode apoiar melhor os esforços das empresas para navegar pela complexidade e gerenciar o equilíbrio entre escassez e excesso de estoque.

Os computadores quânticos fornecem uma ferramenta para analisar esses problemas de uma forma diferente. Os cientistas continuam experimentando com algoritmos melhores para aplicar a esses problemas. Em antecipação à computação quântica comercial, empresas líderes estão identificando e testando casos de uso que geram capacidades quânticas internas. Quanto melhor projetado é um caso de uso, mais provável é que ele entregue valor de negócios. Tome, por exemplo, o caso de uso de desembaraçar a interrupção operacional em escalas e equipes de companhias aéreas. Este caso de uso é promissor porque tem o potencial de oferecer uma solução disruptiva para um problema central de negócios no futuro; existe uma alternativa clássica, embora subótima; e algoritmos quânticos já demonstraram ser eficazes na escolha dos melhores cenários em simulações de Monte Carlo usadas em bancos e finanças. Casos de uso estratégicos como esse atendem à viabilidade técnica de curto prazo; consideram o potencial da tecnologia de computação quântica para superar alternativas clássicas; e avaliam o impacto projetado nos negócios, conforme determinado por resultados de mercado, consequências competitivas e impacto financeiro. Para alguns problemas de negócios chave, mesmo uma ligeira vantagem pode ter impacto significativo.

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Revise estes recursos para aprender mais sobre casos de uso de computação quântica em varejo e produtos de consumo, bem como nas indústrias de viagens e transporte.

Serviços financeiros​

Bancos, mercados financeiros e seguradoras lidam com o gerenciamento de riscos. Gigantes de Wall Street como JPMorgan Chase e Goldman Sachs esperam que a computação quântica possa lhes dar uma vantagem nas probabilidades, permitindo-lhes gerenciar melhor as ameaças e oportunidades relacionadas a seus portfólios. Os computadores quânticos também poderiam ajudar os profissionais financeiros a aprimorar suas simulações de Monte Carlo, modelos matemáticos que preveem resultados possíveis de árvores de decisão complexas para maximizar lucros. Outras áreas de experimentação quântica incluem detecção de fraudes, combate à lavagem de dinheiro, pontuação de crédito, perfis precisos de clientes, gerenciamento de riscos mais eficiente e otimização de modelos de precificação.

Pesquisadores da IBM desenvolveram um algoritmo quântico que supera a abordagem tradicional de amostragem de Monte Carlo. Em uma simulação de Monte Carlo, o computador tira muitas amostras aleatórias de uma determinada distribuição de probabilidade para ver qual resultado é mais provável. Reduzir o erro no resultado previsto da simulação de Monte Carlo por um fator de 1/X1/X requer X2X^2 amostras tradicionais a mais, mas apenas XX amostras quânticas a mais. Você pode ver o impacto dessa afirmação de duas formas: (1) você pode chegar a um nível fixo de confiança mais rapidamente com um computador quântico, ou (2) para um tempo fixo, um computador quântico pode lhe dar mais confiança em sua resposta do que uma solução clássica de Monte Carlo.

Aceleração quadrática sobre Monte Carlo

De acordo com o relatório "Getting Your Financial Institution Ready for the Quantum Computing Revolution" do IBM Institute for Business Value, as instituições financeiras exploram a computação quântica para acelerar dramaticamente cálculos imensamente complicados e melhorar a precisão. Para esse fim, os pesquisadores da IBM criaram um simulador de finanças quântico para precificação de opções. Usando ferramentas de software e algoritmos quânticos desenvolvidos pela IBM para precificar opções com melhor escalabilidade do que os métodos tradicionais, membros da IBM Quantum® Network experimentam finanças e computação quântica.

O JPMorgan Chase fez parceria com o IBM Quantum para prever o preço de opções financeiras e para melhorar a detecção de fraudes e a determinação de crédito.

O PayPal fez parceria com a IBM para descobrir como usar a computação quântica para detecção de fraudes, operações de risco de crédito e postura geral de segurança.

O HSBC está trabalhando com a IBM para acelerar a prontidão para computação quântica. O HSBC planeja explorar o uso da computação quântica para precificação e otimização de portfólios, para avançar suas metas de emissão líquida zero e para mitigar riscos e atividades fraudulentas. Para saber mais, confira este artigo: "HSBC Working with IBM to Accelerate Quantum Computing Readiness."

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Saúde e ciências da vida​

Há uma variedade de problemas computacionalmente intensivos neste setor, alimentados por uma explosão de dados do mundo real e genômicos que a computação convencional não consegue abordar adequadamente.

Na saúde, a computação quântica pode ajudar a resolver desafios complexos em diagnósticos, medicina personalizada e precificação de seguros.

Nas ciências da vida, a computação quântica pode avançar a descoberta de novos medicamentos e estruturas proteicas.

O papel central da estrutura tridimensional (3D) de proteínas na descoberta de medicamentos tem sido estudado por muitos anos. A previsão da estrutura 3D a partir de uma sequência primária de aminoácidos é conhecida como o problema do dobramento de proteínas. Pesquisadores da IBM demonstraram como a computação quântica pode ser usada para abordar este problema.

A Cleveland Clinic está em parceria com a IBM com a missão de avançar fundamentalmente o ritmo da descoberta em saúde e ciências da vida por meio do uso de computação de alto desempenho em nuvem híbrida, inteligência artificial (IA) e tecnologias de computação quântica. Saiba mais lendo "Cleveland Clinic and IBM Unveil Landmark 10-Year Partnership to Accelerate Discovery in Healthcare and Life Sciences."

A Amgen, em parceria com o IBM Quantum, explorou o machine learning quântico para modelagem de saúde populacional com base em registros eletrônicos de saúde. Saiba mais lendo "Quantum Kernels for Real-World Predictions Based on Electronic Health Records."

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Manufatura discreta industrial​

A manufatura pode se tornar uma das primeiras beneficiárias da computação quântica. Casos de uso em química e materiais, bem como aplicações de otimização em planejamento de produção, fabricação, logística e cadeia de suprimentos, além de machine learning para controle de qualidade, por exemplo, são todas áreas potenciais onde a computação quântica pode ter impacto. Este gráfico representa a categorização dos casos de uso potenciais de computação quântica na manufatura.

Casos de uso potenciais de computação quântica

Muitas empresas estão explorando aplicações potenciais de computação quântica em manufatura aeroespacial, automotiva e eletrônica.

As aplicações quânticas em aeroespacial e defesa incluem otimização de rotas de voo, dinâmica de fluidos computacional e desenvolvimento de materiais.

O setor automotivo poderia potencialmente se beneficiar da computação quântica em diversas áreas, como design e desenvolvimento de novas baterias, verificação e validação de software, automação de fábricas, controle de qualidade e assistência avançada ao condutor. A Daimler Mercedes-Benz usou a computação quântica para otimizar a logística de transporte e a química das baterias de veículos. Ben Boeser, diretor de inovação da unidade de P&D norte-americana da empresa, afirma que desenvolver e aperfeiçoar tecnologias de baterias com maior densidade de energia poderia "desbloquear uma oportunidade de bilhões de dólares." Simular todas as diversas propriedades e comportamentos moleculares está além do poder de computação atual até dos supercomputadores de hoje. A computação quântica oferece uma maneira potencial de acelerar o processo de simulação. Boeser observa que "o processo de vários anos de teste e validação de nova tecnologia de bateria poderia se traduzir em oportunidades perdidas no mercado se esse trabalho for atrasado," razão pela qual a Daimler Mercedes-Benz trabalhou com o IBM Quantum para aproveitar o poder do quântico para pesquisa de baterias à medida que a tecnologia avança.

Na eletrônica, a computação quântica poderia melhorar a produtividade da manufatura com agendamento de fábrica dinâmico e complexo; otimizar o desempenho do produto, como desempenho, consumo de energia e área do chip; e até acelerar a comercialização de materiais avançados com simulações moleculares maiores e mais precisas. A JSR está em parceria com o IBM Quantum para explorar como a computação quântica pode avançar a pesquisa de chips semicondutores, especialmente no desenvolvimento e fabricação de fotorresistentes.

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  • Leia o relatório do IBM Institute for Business Value sobre como a computação quântica pode ajudar o setor de eletrônicos em desenvolvimento de materiais, design de produtos e manufatura mais inteligente: "Exploring Quantum Computing Use Cases for Electronics."
  • A Daimler-Benz está explorando como a computação quântica pode avançar o desenvolvimento de novos materiais para baterias, melhorar as técnicas de fabricação automotiva e aprimorar a experiência do produto.

Manufatura de processos industrial​

"Sabemos em nossos ossos que há enormes desafios globais que enfrentaremos em um futuro previsível. Quando a computação quântica escalar para se tornar totalmente disruptiva, estaremos prontos," diz Dr. Vijay Swarup, Vice-Presidente de Pesquisa e Desenvolvimento da ExxonMobil. Trabalhando juntos, a ExxonMobil e a IBM demonstraram recentemente avanços no uso de computadores quânticos para calcular com precisão observáveis termodinâmicas, demonstrando como o quântico pode ser a ferramenta de próxima geração para químicos e engenheiros químicos que desenvolvem soluções avançadas de energia. Os casos de uso para a ExxonMobil não param por aí, enquanto eles buscam resolver desafios energéticos complexos. Veja como a ExxonMobil usa computadores quânticos para transportar combustíveis mais limpos.

A IBM está trabalhando com a Mitsubishi Chemical, uma parceira da IBM Quantum Network por meio do IBM Quantum Keio Hub, em uma variedade de aplicações quânticas potenciais. Sua publicação de 2019, "Investigações Computacionais do Rearranjo do Dímero de Superóxido de Lítio em Dispositivos Quânticos Ruidosos," pode ser fundamental para o desenvolvimento futuro de baterias. Um artigo da EE Times, "Battery Research Advances Quantum Computing Capabilities," fornece mais informações sobre essa pesquisa, que foi rapidamente seguida por outros dois artigos de pesquisa — um sobre "Applications of Quantum Computing for Investigations of Electronic Transitions in Phenylsulfonyl-Carbazole TADF Emitters" e um sobre "Quantum-Classical Computational Molecular Design of Deuterated High-Efficiency OLED Emitters.". Sua missão é modelar e analisar as estruturas moleculares profundas de potenciais novos materiais OLED.

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Revise os recursos listados aqui para aprender mais sobre como os computadores IBM Quantum estão impactando esses setores.

Utilities (Serviços públicos)​

"As utilities desempenham um papel crítico em ajudar indústrias, empresas e consumidores a alcançar metas de emissão líquida zero," diz Gregor Pillen, Gerente Geral IBM DACH. "No entanto, concretizar isso requer tecnologias sofisticadas para ajudar as utilities a prever e otimizar melhor a rede para atender à demanda, bem como aumentar o uso de energia limpa e renovável. A computação quântica oferece as capacidades computacionais para ajudar as utilities a navegar por esse futuro novo e mais sustentável."

Como parte de seus esforços de descarbonização, a E.ON fez parceria com a IBM para explorar o potencial da computação quântica para otimizar a infraestrutura de energia cada vez mais descentralizada do mundo. "Você conecta seu carro elétrico para carregar a bateria, e você pode ter um painel solar que abastece sua casa e seu carro. Mas você pode vender esse excesso de energia para seus vizinhos? Por que você precisa obter energia de milhares de quilômetros de distância que foi feita em usinas queimando gás?" pergunta Corey O'Meara, líder de computação quântica em tecnologia digital da E.ON (veja "IBM Panel Highlights Quantum Role in Sustainability"). Os algoritmos de computação quântica poderiam ser a chave para gerenciar a complexidade que resulta quando ativos adicionais são conectados à rede.

O potencial da computação quântica para auxiliar na descoberta de novos materiais projetados para melhorar a geração, transferência e armazenamento de energia é uma das razões pelas quais a bp está aliando-se ao IBM Quantum para alcançar suas metas de emissão líquida zero.

A Woodside Energy, parceira da IBM, está experimentando novos algoritmos para reduzir a sobrecarga das transferências de dados entre sistemas clássicos e quânticos, tornando possível aplicar kernels quânticos a dados em streaming.

Na indústria de telecomunicações, a computação quântica mostra potencial para entregar soluções para roteamento de tráfego de rede e balanceamento de carga de trabalho, consumo de GEE/energia e segmentação contextual de clientes. A Vodafone está em parceria com o IBM Quantum para ajudar a validar e avançar potenciais casos de uso quântico em telecomunicações.

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Principais aprendizados​

Espera-se que a computação quântica tenha um forte impacto nos setores de Químicos e Petróleo, Distribuição e Logística, Serviços Financeiros, Saúde e Ciências da Vida e Manufatura.

Exemplos de aplicações para computação quântica incluem:

  • Simular dinâmica quântica para avançar a descoberta de materiais
  • Gerenciar riscos e oportunidades relacionados a portfólios financeiros
  • Descobrir novos medicamentos e estruturas proteicas
  • Otimizar sistemas de energia descentralizados

A computação quântica pode ajudar a resolver aplicações que envolvem

  • Simulação da natureza
  • Inteligência artificial
  • Otimização

Os líderes empresariais devem se preparar para essa nova tecnologia avaliando a prontidão agora. Isso pode ser feito identificando um campeão de computação quântica, avaliando quais áreas de seus negócios podem ser impactadas pela computação quântica, desenvolvendo os conjuntos de habilidades corretos e experimentando com um computador quântico real. Continue para o próximo módulo para aprender mais sobre os recursos de computação quântica da IBM e como sua organização pode se tornar pronta para o quântico.