Quantencomputer löst praktische Probleme mit Flugroutenplanung

Forschende der schwedischen Chalmers University haben einen Quantencomputer eingesetzt, um Flugrouten zu berechnen. Gemäss Mitteilung haben Quantencomputer reguläre Computer schon bei verschiedenen Aufgaben übertroffen - aber bisher in total nutzlosen. Mit dem Erfolg der Chalmers-Universität sei bewiesen, dass Quantencomputer auch praktische Probleme in der echten Welt lösen können.

"Wir wollen sicher sein, dass der Quantencomputer, den wir entwickeln, frühzeitig zur Lösung relevanter Probleme beitragen kann. Deshalb arbeiten wir eng mit Industrieunternehmen zusammen", sagt die theoretische Physikerin Giulia Ferrini, eine der Leiterinnen des 2018 gestarteten Quantencomputerprojekts der Chalmers University of Technology.

Quantencomputer sind vielversprechend bei Optimierungsproblemen

Alle Fluggesellschaften sind mit Planungsproblemen konfrontiert. So ist es etwa ein Optimierungsproblem, wenn eine individuelle Flugmaschine verschiedenen Flugrouten zugewiesen werden soll. Das Problem werde auch schnell komplexer, je mehr Flugrouten und Flugmaschinen einbezogen würden.

Diese Herausforderung erinnert an das bekannte "Travelling-Salesman-Problem". Lesen Sie hier mehr dazu und der Funktionsweise von Quantencomputern.

Forschende hoffen, dass Quantencomputer besser fähig sind als reguläre Geräte, solche Optimierungsprobleme zu lösen. Doch wegen ihrer andersartigen Funktionsweise und Struktur müssen Quantencomputer auch anders programmiert werden. Der "Quantum Approximate Optimization Algorithm" (QAOA) ist ein Algorithmus, der auf frühen Quantencomputern nützlich sein soll. Er kam beim Test zum Einsatz.

Mit zwei Qubits zum Erfolg

Das Forschungsteam konnte auf einem Quantencomputer zeigen, dass der QAOA-Algorithmus das Problem lösen kann, Flugmaschinen testweise Flugrouten zuzuordnen. In der ersten Demonstration konnte die Lösung noch schnell nachvollzogen und bestätigt werden - schliesslich involvierte sie nur zwei Flugzeuge.

Doch ist damit die praktische Anwendungsfähigkeit von Quantencomputern bewiesen, wie es weiter heisst. Die Theoretiker des Forschungsteams simulierten auch die Lösung desselben Optimierungsproblems für bis zu 278 Flugzeuge, was einen Quantencomputer mit 25 Qubits erfordern würde.

"Die Ergebnisse blieben gut, als wir hochskalierten. Das deutet darauf hin, dass der QAOA-Algorithmus das Potenzial hat, diese Art von Problem in noch grösserem Massstab zu lösen", sagt Giulia Ferrini.

Um die besten Computer von heute zu übertreffen, wären allerdings viel grössere Geräte nötig. Die Chalmers-Forschenden haben gemäss Mitteilung nun mit der Skalierung begonnen und arbeiten derzeit mit fünf Qubits. Der Plan ist, bis 2021 mindestens 20 Qubits zu erreichen und dabei die hohe Qualität beizubehalten. Die Forschungsergebnisse wurden in zwei Artikeln von "Physical Review Applied" veröffentlicht. Sie können hier und hier nachgelesen werden.