新型必需品：数字化转型

数字化转型不是已经发生了吗？

尽管世界上有 25 亿部智能手机和不计其数的晶体管加工出来，但很多日常生活仍处于模拟阶段。^{2, 3}无处不在的数字设备掩盖了人类其实上有许多亟待完成的数字化任务 - 从驾驶汽车到整理科学文献。在商业领域，数字化转型仍然是企业和咨询公司的关注领域，因为公司试图将营销、销售、运营等领域的模拟业务流程转变为数字化业务流程。这种流程将提高业务效率，但要经历大规模的数字化转型 - 向数字化社会转型。

5G 通信、高级计算和自主技术的同时成熟正迎来科幻未来变成现实的时代。这三种技术结合在一起，为数据创建了一条特快列车，一个可以将数据投入使用的虚拟世界形象，一个将虚拟结论导入现实世界的机制。所有这些都依赖于化学。

数据特快列车

“世界正变成超级互联的社会，”科慕公司高级销售经理 Sanghee Kim 表示。“在人工智能的辅助下，AR 和 VR 让生活更加丰富多彩。我们需要 5G 让这一切实现。” 首批 5G 设备刚刚上市，网络提供商正竞相建设 5G 基础设施。由于需要高速数据传输，5G 无线电以及将网络连接起来的电缆依赖于优质的材料（比如氟聚合物），这些材料在广泛的温度范围内具有优异的高频介电性能。

智能手机将是消费者率先接触到的 5G 技术，但很快，真正的 5G 技术产物就会全面兴起。想象一下远程手术可以挽救患者生命的世界，无论他们离外科医生有多远，或在何处对患者进行实时远程监护，都能改善患者的生活质量并延长患者的寿命。“数字化转型将重塑我们生活的结构和社会的性质，我们已开始看到它对控制、自动驾驶汽车和自主无人机的影响，”科慕公司高性能材料部门技术副总裁 Frenk Hulsebosch 表示。更为现实的一点是，5G 的速度和低延迟将终结电话会议连接不良和视频会议滞后的时代，使远程工作和分布各地的团队效率更高。

虚拟形象 - 化学推动并从中受益

加上广泛分布的 5G 互连传感器，不可思议的事情开始发生。载有传感器的自动驾驶汽车会将其周边环境，包括其他车辆绘成地图，并相互通信，以从容避开塞车。

当然，有些环境比其他环境更容易进行检测，而化学制造也更具挑战性。快速数据传输意味着工厂操作员可以比以往更严格地加以控制，但传感器仍需进一步发展。需要在化学领域取得新的突破。据 Frenk Hulsebosch，“面临的挑战是开发传感器和分析工具，帮助我们以超快的响应时间检测和量化特定化合物。” 这些数据使人工智能 (AI) 能够运用更好的算法来构建设施的虚拟模型和预测工厂行为。

管理生产设施对计算机来说是一项艰巨的任务，但它至少具有有限的变量。对天气来说并非如此。现在的天气模型在强大的计算机上运行，但是下雨时没有带伞的人可以证明，它们并不总是正确无误。一种新型计算机可能有所帮助。与传统数字设备相比，量子计算机可以并行执行更多的计算，使其成为采用高级算法来构建高度复杂环境的虚拟模型的理想工具。

在这当中，化学也提供先进的材料，来满足关于量子计算机的独特电子需求，从而起到了主导作用。当然，化学也受益于量子计算。这些大规模的并行处理器非常适合用来对复杂的化学反应建模，可能的化学反应途径有数百万种，必须加以绘制。

量子计算虽然还处于起步阶段，但已经过测试，用来创建不同类型混乱环境的虚拟形象：北京交通。大众汽车与量子计算机公司 D-Wave 合作，测试如何将一支装有仪器的出租车车队重新分派到理想的道路上，以减少交通堵塞。⁴不久的将来，我们还会把量子计算应用到我们迈向数字化社会旅程中面临的其他棘手问题上。

推动世界变革

传感器收集数据并以前所未有的速度将其发送到新型超级计算机，供算法和人工智能统计分析。然后呢？ 计算机如何推动世界变革？ 向人类提供行动建议的模拟过程始终存在，但随着我们对算法和人工智能信任的增加和机器人技术的提高，人类可以越来越多地将自己从中抽离出来。位于德国安贝格的西门子工厂朝这个方向迈出了一步。安贝格工厂主要生产电路板和控制器，计算机化程度很高，几乎完全实现自动化。⁵在这类数字工厂中，工程师可在虚拟环境中设计或改进产品，测试工厂如何应对变化，然后开始生产 - 所有这些都不需要物理原型，只需有限的人工干预。

从这里到制造业的全面数字化转型只有一小步。想象一下，传感器确定重型机械的零件接近其寿命终点。传感器将这一发现传输到人工智能系统，该系统通过增材制造（或 3D 打印）订购生产替代品。该订单将发送给工厂，工厂自动执行订单，然后运送给客户。不久之后，发货也将自动化。量子计算机可帮助货运公司确定理想的运输路线 - 这是一个非常复杂的问题 - 可以由自动驾驶车辆和短程无人机来完成。

但这一切似乎远离 Fossett 实验室的数字环境，Arvidson 教授正在此研究史上距离最远的无人机。他的学生更关心实际问题。在他们的增强现实 (AR) 环境中，他们致力于研究矿物的晶体结构，并为发现将改变未来世界的新化学奠定基础。