شركة IQM الفنلندية والسكك الحديدية الألمانية تنجزان التحقق الشامل من خوارزمية هجينة كمومية-تقليدية

أخبار ar.wedoany.com، أعلنت شركة IQM الفنلندية المتخصصة في الحوسبة الكمومية فائقة التوصيل، بالتعاون مع أكبر مشغل للسكك الحديدية في أوروبا، شركة السكك الحديدية الألمانية (DB)، عن إصدار ورقة بيضاء بحثية. قام الطرفان ببناء بنية خوارزمية هجينة كمومية-تقليدية استنادًا إلى بيانات تشغيل حقيقية للسكك الحديدية الألمانية، وتمكنّا من إكمال الدورة الكاملة على الأجهزة الكمومية الحالية، بدءًا من نمذجة المشكلة، مرورًا بحل الخوارزمية، وصولاً إلى إخراج خطة الجدولة. تتميز هذه البنية بقابلية التوسع من حيث التصميم، ومن حيث المبدأ، يمكن تطبيق أساليب مماثلة في مجالات مثل الخدمات اللوجستية والطاقة والتصنيع.

تتضمن مجموعة البيانات المستخدمة في هذه الدراسة خطط تشغيل 190 رحلة قطار بين 5 مدن ألمانية، والتي تم تحويلها إلى حوالي 98.5 ألف مجموعة محتملة لدورات الجدولة. عادةً ما يتطلب تحسين جدولة السكك الحديدية معالجة عدد كبير من المجموعات المحتملة، مع مراعاة تنسيق العديد من القيود مثل ترتيبات تشغيل القطارات وتخصيص الموارد. لم يحاول فريق البحث حل مشكلة التحسين بأكملها مباشرة باستخدام الحاسوب الكمومي، بل اعتمد بنية هجينة متعددة المراحل: حيث يدير الإطار الحاسوبي التقليدي الحجم الكلي وهيكل القيود، ويقوم بتقسيم المشكلات الفرعية المناسبة للمعالجة الكمومية، ثم يحلها على الأجهزة الكمومية باستخدام خوارزمية التحسين التقريبي الكمومي (QAOA)، ويعيد النتائج إلى الإطار التقليدي لإكمال الحساب الكلي والتكرار.

تظهر نتائج الدراسة المنشورة في الورقة البيضاء: أولاً، يمكن للخطة إنتاج حلول قابلة للتطبيق على الأجهزة الحالية، دون الاعتماد على أجهزة كمبيوتر كمومية واسعة النطاق ومقاومة للأخطاء لم يتم تطويرها بعد؛ ثانيًا، هناك علاقة إيجابية ذات دلالة إحصائية بين جودة الحل وقدرات الأجهزة، فكلما زاد حجم المشكلات الفرعية التي يمكن للمعالج الكمومي معالجتها، زادت جودة الحل النهائي؛ ثالثًا، تم تشغيل الدورة الكاملة من البداية إلى النهاية على حاسوب IQM الكمومي، من نمذجة المشكلة إلى إخراج النتائج، وتم إنجازها على أجهزتها الخاصة، مما يشكل خطًا أساسيًا تقنيًا قابلاً للتكرار.

صرح مانفريد ريك، رئيس قسم التكنولوجيا الكمومية في السكك الحديدية الألمانية، بأن هذا التعاون يمثل محاولة لحل مشكلات تشغيلية حقيقية في بيئة تجمع بين الحوسبة عالية الأداء والحوسبة الكمومية. وأشارت إينيس دي فيغا، كبيرة العلماء في IQM، إلى أن هذا المشروع يوضح مسارًا محتملاً للحوسبة الكمومية في معالجة مشكلات التحسين المعقدة على مستوى المؤسسات.

أشار الطرفان إلى أن هذه الدراسة ركزت بشكل أساسي على مشكلات تخطيط الجدولة في ظل ظروف تشغيل معروفة ومستقرة نسبيًا. أما سيناريوهات إعادة الجدولة في الوقت الفعلي الأكثر تحديًا في عمليات السكك الحديدية، مثل اتخاذ القرارات في غضون دقائق في حالات الاضطراب كتأخير القطارات أو السرعة المحددة المفاجئة أو أعطال المعدات، فلم يتم التحقق منها بعد ضمن هذا الإطار. ومع ذلك، ومع تحسن أداء الأجهزة الكمومية، يمكن من حيث المبدأ توسيع هذه البنية الهجينة لتشمل هذه السيناريوهات.

تأسست IQM في عام 2018، وهي أول شركة أوروبية للحوسبة الكمومية تُدرج في بورصة ناسداك الأمريكية. تم احتضانها من قبل مركز VTT الفنلندي للبحوث التقنية وجامعة آلتو، وتقدم حلولاً شاملة للحوسبة الكمومية فائقة التوصيل، تشمل تصميم الرقائق، وتصنيع الأجهزة، وأنظمة التحكم، ومنصات البرمجيات، وتسليم الأنظمة، مع دعم النشر المحلي والوصول عبر السحابة. حتى الآن، باعت IQM أكثر من 20 حاسوبًا كموميًا، وهي واحدة من أكبر الشركات الأوروبية في مجال الحوسبة الكمومية من حيث عدد أنظمة النشر المحلي المسلمة، وقد تم تصنيفها كبائع رئيسي في تقرير "IDC MarketScape: تقييم بائعي الحوسبة الكمومية العالميين لعام 2026".