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一飞冲天 – 量子计算释放新的优化潜能

4flow研究部主管Wendelin Gross专访,研究项目:ProvideQ

量子计算是什么?与供应链有何种联系?

传统计算机使用比特(0或1)进行计算,而量子计算机使用的是量子比特(在某些概率情况下,可同时为0和1)。量子计算机应用量子比特的物理属性(如叠加、干涉和纠缠等),超越了传统计算机的计算机制。有了这些独特的优势,编程人员便能写出传统计算机无法运行或解释的特定代码。

众所周知,优化供应链时需要处理许多变量和参数,如交付时限,或运输规划阶段的冷链等要求。在解决这些问题方面,传统计算机已捉襟见肘。因此,研究人员寄希望于量子计算机解决最为棘手的难题,剩余问题则可留给传统计算机处理。

访谈

Wendelin Gross

4flow研究部主管

4flow在供应链量子计算领域的作为

我们的供应链创新实验室 – 4flow研究部,是ProvideQ项目的合作伙伴。该研究项目为期三年,立足于量子计算背后的抽象理论,致力于寻找机会,让未来的量子计算机高效解决物流问题。

项目期间,4flow提供了有关物流问题、数据和计算启发式算法方面必要的实用知识,为开发基于量子的算法添砖加瓦。在确定哪些物流问题适合“量子升级”方面,我们也出了一份力。这也是该项目的关键挑战所在。

您现在研究的使用案例有哪些?

我们正在研究与物流相关的三个具体量子计算使用案例:装载、车辆路线和生产规划。如果用传统计算机,在合理时间内为这些使用案例寻找最优解决方案场景,需要对问题进行大幅简化。不论采用近似算法还是启发式算法,这些简化都存在缺陷。近似算法无法处理大量变量,而启发式算法则会降低问题的实际准确性。

在解决此类问题方面,量子计算有何优势?

与传统计算机相比,量子计算机能够高效处理更多参数,因此在未来投入使用后,供应链规划人员便能将更多的实际限制条件纳入考量范围,在这些物流使用案例中加以应用,生成更加精确的结果。例如集装箱装载的重心限制:量子计算可以整合各类因素(如重量分布、水平及垂直稳定性和堆垛限制等),找到卡车或集装箱的最优装载方式。这样也会提高资产利用率,从而降低成本和碳排放量。

您刚提到,ProvideQ正在用理论来确定未来量子计算机的用武之地。那么,量子计算研究和量子计算机的现状如何?

处于理论远远领先硬件的状态。自上世纪80年代以来,量子计算的理论一直在稳步发展,为未来科技的功能瞄准了方向。

但一直到最近,量子计算的硬件还是发展不到位,无法满足潜在买家和科学家的需求。即使在当下,量子计算的功能也十分有限。虽然研究人员在利用量子计算机处理物流问题,但机器本身的功能还不够强大,无法解决实际问题。举例而言,现在的大部分量子计算机只能解决6-10个节点左右的旅行商问题

大规模开发量子硬件利润巨大,投入这方面的研究资金已显著增加。在短期内,我们已经看到了明显的硬件进步。我们对硬件在未来五到十年的发展满怀信心,商用应用程序有望面世。

非常感谢Wendelin,我们非常期待看到ProvideQ项目的成果,以及量子计算在物流行业的应用。

ProvideQ项目中,4flow研究部的合作伙伴包括汉诺威莱布尼茨大学、科隆大学、布伦瑞克工业大学、林茨约翰内斯开普勒大学、卡尔斯鲁厄理工学院和GAMS Software(软件)。该项目始于2022年1月,将持续到2024年底。

4flow研究部是我们的供应链创新实验室。该团队致力于研究供应链问题,发布相关报告。所涉及的主题包括数据科学和数据生态系统,韧性和稳健供应链,优化算法,以及可持续发展和脱碳。