Инженеры концерна Volkswagen с 4 по 8 ноября 2019 года в Лиссабоне (Португалия) провели эксперимент по оптимизации дорожного движения в реальных условиях, используя новый тип систем навигации для транспорта, работающий с помощью квантовых вычислений. Тестируемая система должна была в реальном времени строить для нескольких водителей автобусов по отдельности индивидуальные маршруты с целью сократить время в пути и предотвратить создания ими пробок и заторов, разделяя их направления и балансируя загрузку дорог в процессе движения. Таким образом, с помощью квантовых вычислений планируется изменить принцип систем дорожного движения.
Эксперимент проводился в Лиссабоне во время технологической конференции Web Summit с 4 по 8 ноября 2019 года. Девять автобусов местного оператора общественного транспорта были дооснащены специальными навигаторами, на которых была установлена отдельная геоинформационная программа. Также навигаторы были удаленно подключены к квантовому компьютеру канадской компании D-Wave Systems. Автобусы курсировали по четырем заранее определенным направлениям, связывающим место проведения конференции с различными частями города.
Центральная часть тестируемой навигационной системы, которую разработали в Volkswagen совместно с компаниями Hexad и PTV Group, состояла из двух основных элементов:
1. Обычного сервера, программное обеспечение которого разработано прогнозировать в определенное время количество пассажиров на каждой из двадцати шести автобусных остановках по маршрутам движения транспорта, анализируя анонимные данные, поступаемые в данную систему со смартфонов пассажиров через мобильное приложение.
2. Квантового компьютера производства D-Wave Systems, который получал данные с сервера и с учетом этой информации проводил дополнительные расчеты, в которые были добавлены данные о движении других автотранспортных средств по дорогам, где проходили маршруты автобусов. Это были данные камер наблюдения и системы анализа трафика центральной системы мониторинга дорожного движения города. По результатам своих расчетов квантовая система каждые две минуты дополнительно вносила корректировки в маршрут движения каждого автобуса, делая их движения индивидуальными, стараясь не создавать заторов, пересечений траекторий или параллельных движений по их маршрутам.
По словам разработчиков системы, первые результаты тестирования показали, что квантовый компьютер смог справится с таким большим объемом задач за доли секунд, выдавая необходимые рекомендации для навигаторов каждого автобуса в режиме реального времени и с нужными временными задержками для компенсации человеческих факторов, времени на реакцию и другим действиям водителей после получения нужных указаний. Ведь проблема была в том, что водители автобусов не должны ежесекундно выполнять указания квантового навигатора, а получать новые инструкции по изменению маршрута через определенные промежутки времени, которых бы хватало на совершение плавных маневров. Этот момент также учитывался в расчетах квантового компьютера. По предварительным расчетам, высокопроизводительному кластеру на основе стандартных серверных решений потребовалось бы для проведения таких расчетов до десяти минут и более.
На данный момент в Volkswagen и D-Wave Systems приступили к анализу результатов этого транспортного квантового эксперимента.
Это не первый случай, когда автопроизводитель и разработчик квантовых систем сотрудничают вместе. Три года назад Volkswagen совместно с D-Wave Systems уже работали над похожим проектом к Пекине, но там были немного другие технические требования — нужно было разработать алгоритм, прокладывающий для каждого такси из десяти тысяч такси, зарегистрированных в системе, самый быстрый из возможных маршрутов от аэрорпорта до центра города или его окраин, чтобы автомобили не создавали пробок и не затрудняли движение общественному транспорту. Как оказалось, такси более маневренны, а их водители могут выполнять более частые корректировки своих маршрутов, поступившие от квантового компьютера.
Согласно результатам этих обоих экспериментов, а также накопленному опыту, в Volkswagen планируют, что уже через несколько лет смогут создать полноценную рабочую квантовую систему для операторов общественного транспорта.
Элементы квантового компьютера производства D-Wave Systems.
Однако, эксперты скептически относятся к тому факту, что для оптимизации дорожного движения нужны задействовать столь мощные и сложные вычислительные системы. Хотя эти же эксперты признают, что сами проекты Volkswagen и D-Wave Systems очень хорошо свидетельствуют о том, что многие компании в мире пытаются понять, как можно применять квантовые компьютеры в повседневном жизни, а не только для гипотетических вычислений. И у некоторых компаний даже получается это реализовать в определенных масштабах уже сейчас на улицах разных городов.
Например, компания Ford Motor вместе со специалистами из НАСА также проводит подобные эксперименты с квантовыми компьютерами. В своих квантовых вычислениях они пытаются найти алгоритмы по оптимизации маршрутов транспорта и занимаются поиском новых материалов для модернизации компонентов аккумуляторов электромобилей.
По оценкам Gartner, в 2018 году менее 1% всех организаций в мире, включая компании и ведомства, выделяли средства на разработку и участие в квантовых проектах. Планируется, что в 2023 году доля таких будет организаций будет уже 20%.
Ранее на Хабре уже сообщалось, что в России госкорпорация «Росатом» запустила масштабный проект по созданию отечественного квантового компьютера и библиотеки квантовых алгоритмов.
Комментарии (12)
staticlab
09.11.2019 22:10+7который… проводил дополнительные расчеты, в которые были добавлены данные о движении других автотранспортных средств
Положим обычный журнал в серную кислоту, а «ТВ-Парк» в дистиллированную воду. Почему неквантовый компьютер не мог учитывать эти данные?
terek_ambrosovich
10.11.2019 00:00+1Потому что… не потянет?
Вообще задача поиска оптимального пути сразу для множества машин, когда нужно учитывать параметры, изменение любого из которых в любую секунду может потребовать изменять предыдущее решение (для любого из контролируемых маршрутов) — это np-полная задача.
И если машин и параметров десяток — проблем мало.
А когда надо будет выдавать оптимальные маршруты (онлайн) для тысяч единиц в авто- таксопарках мегаполиса, с учётом данных с дорожных камер, данных сотовых вышек (анализ пешего трафика по телефонам), выдающих в реальном времени данные о координатах и векторах движения всего транспорта и пешеходов города (причём для каждой единицы независимо будет строится прогностическая модель её дальнейшего движения) — задачка «немного» усложняется.
Сейчас такое решается загрублением, упрощением… до каждой единицы не спускаются просто. Оперируют кластеризацией на основе эмпирических моделей. Но в общем виде модель-то фрактальная, там каскадная бифуркация.KonkovVladimir
10.11.2019 03:34В адиабатических квантовых вычислениях нельзя непосредственно выполнять операции над отдельными битами или группами битов. Это не похоже на схемы квантовых компьютеров, где есть отдельные операции, такие как CNOT (контролируемая нет, основная логическая операция в квантовых вычислениях). Вместо этого результат вычислений представлен так, чтобы он являлся основным состоянием системы кубитов.
Переход из возбужденного в основное состояние системы можно смоделировать и в классическом процессе, но аппаратное обеспечение D-Wave опирается на квантовое туннелирование. В сложном ландшафте кубиты могут попасть в минимум энергии, который на самом деле не является решением. (Это локальный минимум, но не абсолютный минимум в ландшафте.) Классически кубиты должны нагреваться и подниматься из минимума, чтобы достичь более глубокого минимума. Квантовые частицы, однако, могут туннелировать через такие барьеры.
Разница в том, что сначала один кубит должен был перевернуть свое состояние (увеличивая энергию), а затем другой и другой, каждый из которых увеличивает энергию. Это означает, что в тех случаях, когда нескольким соседним кубитам приходится менять состояния, чтобы достичь более низкой энергии, поиск нового состояние может затянутся на время превышающее возраст Вселенной, если квантовое туннелирование отсутствует. С другой стороны, если доступно туннелирование, это может произойти очень быстро.
Естественно, есть подвох. Если тот же процесс должен происходить между кубитами, которые только слабо связаны (например, через другие кубиты), то квантовое туннелирование становится очень маловероятным процессом и дает мало или вообще никаких преимуществ при выходе из локального минимума.
(Для высоких, но тонких барьеров туннелирование весьма вероятно. Однако, по мере увеличения ширины барьера, оно становится менее вероятным. D-Wave должна полагаться на сохранение энергетических барьеров тонкими.)
Внезапно — science.sciencemag.org/content/345/6195/420
Разработка небольших квантовых устройств ставит вопрос о том, как справедливо оценить и обнаружить квантовое ускорение. Здесь мы покажем, как определить и измерить квантовое ускорение и как избежать ловушек, которые могут маскировать или подделывать такое ускорение. Мы проиллюстрируем наше обсуждение данными тестов, выполненных на устройстве D-Wave Two с количеством кубов до 503. Используя случайные состояния спинового стекла в качестве эталона, мы не нашли доказательств квантового ускорения при рассмотрении всего набора данных.
В статье показано, что для увеличения вероятности тунеллирования мы должны уменьшать скорость отжига и в общем случае никакого квантового ускорения не происходит.
PS. чем больше скорость отжига тем с большей вероятностью и в более высокое возбужденное состояние мы перейдем — если гамильтониан, например, задачи коммивояжера для компьютера DWave записан так, что время доставки соответствует энергии системы, то при наличии нескольких почти одинаково хороших маршрутов мы должны выбрать крайне низкую скорость отжига для поиска самого оптимального из них, сведя квантовое ускорения на нет.
PPS К счастью в химии или физике природа сама за нас выполняет этот процесс и мы можем наблюдать квантовое тунеллирования вообще не строя никакого квантового компьютера и тот факт, что в некоторых специально подобранных системах, например фосфоресцирующей елочной игрушке, процессы релаксации могут занимать фантастически долгое время по атомным меркам, говорит о том что в общем случае (для всех без исключения систем) поиск решения с помощью квантового отжига не дает преимуществ.
fivehouse
10.11.2019 11:09Как говорила одна моя знакомая разыгрывая из себя продакт овнера по продаже абсолютного г.: у нас современный стартап. Мы будем использовать бигдату, машинное обучение, искусственный интеллект, блокчейн. Ну, всю такую фигню. Я добавил: квантовые вычисления и https. Она ответила: конечно!
LAG_LAGbI4
10.11.2019 11:58Я всегда был уверен, что яндекс так и делает. Если построить маршрут на разных устройстваъ, он будет разный. Это, естественно, применимо только к крупным городам во время пробок.
chapai22
10.11.2019 13:27Квантовый некруто. Круто — пневматический, моделирование потоков жеж, по сути гидродинамика — вот ее и использовать.
staticlab
11.11.2019 11:20Раньше при моделировании процессов активно применялись аналоговые вычислительные машины, не только электронные, но и пневматические, и гидравлические.
algotrader2013
Без блокчейна все равно не взлетит...