Двухкубитный компьютер решил реальную проблему оптимизации авиарейсов

Квантовым компьютерам уже удалось превзойти обычные в решении отдельных задач, к сожалению, бесполезных. Следующим шагом должно стать их применение для чего-либо практичного, и исследователи в Технический университет Чалмерса (Швеция) сделали его, показав, что решить малую часть реальной логистической проблемы вполне возможно с помощью небольшого оптимизированного квантового компьютера.

Результаты, представленные в двух статьях для Physical Review Applied, стали итогом проекта, стартовавшего в 2018 г. в кооперации с фирмой Jeppesen, занимающейся авиационной логистикой.

Все авиакомпании сталкиваются с трудностями при планировании полётов. Например, распределение воздушных судов по разным маршрутам представляет собой проблему оптимизации, размер и сложность которой очень быстро растет по мере увеличения количества маршрутов и самолетов.

Исследовательская группа Чалмерса продемонстрировала выполнение так называемого алгоритма квантовой приближенной оптимизации (QAOA) на своем квантовом компьютере — процессоре с двумя кубитами. Результат можно было легко проверить, поскольку масштаб эксперимента был очень маленьким — планировались пути всего двух самолётов.

Авторы не только впервые применили QAOA для практического решения проблемы авиационной логистики: благодаря оптимизированному оборудованию и точному контролю они смогли продвинуться на уровень выше своих предшественников.

«Мы показали, что можем переносить соответствующие проблемы на наш квантовом процессоре. Хотя количество кубитов у нас невелико, они работают хорошо. Наш план заключался в том, чтобы сначала добиться отличного функционирования в малом масштабе, а затем заняться его увеличением», — говорит Джонас Биландер (Jonas Bylander), старший научный сотрудник, отвечавший за экспериментальную установку, и один из руководителей проекта создания квантового компьютера в Чалмерсе.

Участники проекта сейчас работают с пятью кубитами, и до конца 2021 года рассчитывают при сохранении высокого уровня качества достичь уровня 20 кубитов.

Теоретики группы успешно смоделировали решение алгоритмом QAOA той же оптимизационной проблемы вплоть до 278 самолётов — для этого понадобится квантовый компьютер с 25 кубитами.

«При увеличении масштаба результаты оставались хорошими. Это свидетельствует о том, что алгоритм QAOA обладает потенциалом для решения такого типа проблем в еще более крупных масштабах», — говорит физик-теоретик из Чалмерса, Джулия Феррини (Giulia Ferrini).