Quantenrauschen: Zugverspätungen im Quantencomputer minimieren
Ein Forschungsteam der University of Maryland(öffnet im neuen Fenster) , Baltimore, USA, will die Verkehrsplanung durch den Einsatz von Quantencomputern beschleunigen. Dabei soll der Verlust der Kohärenz von Qubit ausgenutzt werden, um die komplexen Systeme und insbesondere unvorhersehbare Störungen zu simulieren.
Auf diese Weise sollen schneller Lösungen gefunden werden, wenn Züge ausfallen oder Strecken durch Unfälle oder Schäden unbefahrbar sind. Je schneller eine solche Ersatzlösung gefunden wird, umso geringer fallen die Auswirkungen auf alle weiteren Züge aus. Ganz im Gegenteil dazu verursacht ein zu langsames Zögern weitere Verspätungen und Ausfälle in einer ganzen Region. Es kommt zu einer überproportionalen Verstärkung durch einen einzelnen Zwischenfall.
Qubits und Züge, ein und dasselbe
Diese Unvorhersehbarkeit fand die Forschungsgruppe im Verhalten von Quantencomputern wieder, die allein wegen der zwangsläufigen Energieübertragung beim Auslesen von Daten stets ein Rauschen produzieren.
Übertragen auf eine Verkehrsplanung stellt das zufällige Rauschen unerwartete Eingriffe in die Zugtaktung dar, soweit die Theorie. Auf zwei unterschiedlichen Quantencomputern wurde deshalb das Verhalten der Baltimore Light Raillink simuliert.
Dabei handelt es sich um eines der wenigen Straßenbahnsysteme der USA, bei dem zusätzlich der Straßenverkehr Einfluss auf die Verkehrsplanung hat. Die Simulationen zeigen, dass eine Neuplanung mit einem Computer aus 25 Qubits nur für zwei Züge möglich war.
Das Prinzip funktioniert
Ein größerer Quantencomputer von D-Wave(öffnet im neuen Fenster) mit mehr als tausend Qubits war dagegen in der Lage, zwölf Fahrpläne anzupassen. Noch soll die Geschwindigkeit bei der Problemlösung jedoch nicht höher sein als mit der üblicherweise eingesetzten Hardware.
Zumindest konnte gezeigt werden, dass Quantencomputer gut geeignet sind, komplexe Systeme wie ein Bahnnetz zu simulieren. Das Forschungsteam hofft auf die nächste Generation von Quantencomputern, um die Berechnungen dann schneller und günstiger auszuführen als bisher. Außerdem wird parallel nach weiteren chaotischen, eigentlich unvorhersehbaren Systemen gesucht, die sich ebenfalls für diese Art der Simulation anbieten.
Die komplette Studie ist in Scientific Reports(öffnet im neuen Fenster) frei zugänglich veröffentlicht worden.
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