Mały szwedzki komputer kwantowy rozwiąże problemy przemysłu lotniczego?

Mały komputer kwantowy naukowców ze Szwecji może rozwiązać część rzeczywistego problemu logistycznego związanego z przemysłem lotniczym.

Komputer kwantowy

Jak podaje Wikipedia, komputer kwantowy to urządzenia wykorzystujące ewolucję układu kwantowego zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej. Projektuje się go tak, aby wspomniana ewolucja odpowiadała procesowi obliczeniowemu danego problemu.

Jest to nieco skomplikowane, ale dzięki odpowiedniemu zaprojektowaniu algorytmu kwantowego można osiągnąć spektakularne przyspieszenie obliczeń. Odpowiednio zaprojektowany komputer kwantowy jest w stanie w ciągu sekund dokonywać obliczeń, które przeciętnemu komputerowi klasy PC zajmowałoby miliony lat.

Zaawansowanych obliczeń można dokonywać za pomocą superkomputerów. Komputery kwantowe szybko staną się jednak dużo wydajniejsze, choć ich programowanie na razie sprawia spore kłopoty. Możliwe, że w przyszłości zastąpią one superkomputery.

Dwa kubity i sprawny algorytm QAOA

Naukowcy z Chalmers University of Technology w Szwecji opracowali niewielki komputer kwantowy. Twierdzą, że za jego pomocą są w stanie rozwiązać rzeczywisty problem, który trapi przemysł lotniczy.

„Chcemy mieć pewność, że opracowywany przez nas komputer kwantowy może pomóc wcześnie rozwiązać istotne problemy. Dlatego ściśle współpracujemy z firmami przemysłowymi.” – powiedziała Giulia Ferrini. Jest ona fizykiem teoretycznym i jednym z liderów projektu komputerów kwantowych Chalmers University of Technology.

Doktorant przemysłu lotniczego z firmy logistycznej Jeppesen wykazał, że komputer kwantowy może rozwiązać przykład prawdziwego problemu w przemyśle lotniczym.

Problem, który spędza sen z powiek liniom lotniczym, dotyczy rozkładu lotów, przyporządkowywania odpowiednich samolotów do tras i optymalizacji tego procesu. Rozwiązanie tego nie jest idealne, bo przybywa tras, samolotów, pasażerów.

W obecnym, trudnym czasie linie lotnicze zmagają się jednak z ogromnym zmniejszeniem liczby lotów. Wszelkie optymalizacje są dla nich na wagę złota. Podobnie będzie, gdy nasze życie wróci do normy i linie lotnicze znów będą obsługiwały miliony pasażerów dziennie.

Do rozwiązania takich problemów można zaprząc właśnie komputer kwantowy. Giulia Ferrini wraz ze swoim zespołem chcą przyczynić się do tego.

„Algorytm QAOA (przybliżonej optymalizacji kwantowej) ma potencjał, aby rozwiązać problemy planowania tras na dużą skalę.” – powiedziała Giulia Ferrini.

Okazuje się, że dwa kubity komputera zespołu z Chalmers i zaimplementowany dobrze algorytm radzą sobie z przypisywaniem samolotów do poszczególnych tras. Co prawda w pierwszym eksperymencie problem dotyczył tylko dwóch tras, ale wykazano, że algorytm działa poprawnie.

„Pokazaliśmy, że potrafimy rozwiązywać istotne problemy na naszym komputerze kwantowym. Nadal mamy niewielką liczbę kubitów, ale działają one dobrze. Nasz plan polegał na tym, aby najpierw sprawić, aby wszystko działało bardzo dobrze na małą skalę, a następnie zwiększać skalę.” – powiedział Jonas Bylander, starszy badacz odpowiedzialny za projekt eksperymentu i jeden z liderów projektu budowy komputera kwantowego w Chalmers.

Po tym sukcesie przeprowadzono symulację tego samego problemu dla 278 samolotów. Okazało się, że sprostałby temu komputer kwantowy wyposażony w 25 kubitów.

„Wyniki nadal były poprawne, gdy zwiększaliśmy skalę. Sugeruje to, że algorytm QAOA ma potencjał do rozwiązywania tego typu problemów w znacznie większej skali.” – powiedziała Giulia Ferrini.

Obecnie naukowcy z Chalmers University of Technology w Szwecji pracują na 5 kubitach. W 2021 roku mają zwiększyć ich ilość do 20. Wyniki badań zostały opublikowane w dwóch artykułach w Physical Review Applied.

Źródło: Chalmers University of Technology