Da pesquisa básica ao uso diário: o Instituto de Física Quântica da Universität Hamburg e o provedor de TI Lufthansa Industry Solutions estão desenvolvendo em conjunto algoritmos quânticos para otimizar as operações em aeroportos. O objetivo desse esforço conjunto é resolver o chamado “problema de atribuição de portão de aeroporto” em aeroportos ao redor do mundo.
O problema do caixeiro viajante é familiar para muitos da matemática: quanto mais paradas, mais difícil se torna encontrar as melhores rotas. Graças ao crescimento exponencial nas rotas disponíveis, o problema é ainda maior do que parece à primeira vista. O mesmo princípio se aplica ao “problema de atribuição de portão de aeroporto”, que envolve direcionar os aviões que chegam para os portões disponíveis.
Um cálculo deixa claro o tamanho do problema: “Com 5 portões disponíveis e um avião, há apenas 5 opções de atribuição. Neste caso, o gerente de voo tem facilidade. Com 5 portões para 2 aviões, ainda há 25 opções. Aeroportos, no entanto, são geralmente maiores. Com 15 portões e 10 aviões, há mais de 570 bilhões de possibilidades”, explica o Dr. Joseph Doetsch, Líder de Computação Quântica na Lufthansa Industry Solutions (LHIND).
Computadores clássicos rapidamente atingem seus limites devido à complexidade dos cálculos. Por razões de gerenciamento de tempo e eficiência, as melhores alocações de avião possíveis são vitais para passageiros e companhias aéreas. “Até agora, algoritmos para problemas de otimização combinatória têm sido muito difíceis de escalar, de modo que os tempos de cálculo aumentam desproporcionalmente ao tamanho do problema. Isso torna soluções em tempo real, mesmo para supercomputadores, impossíveis para muitos usos práticos na indústria. Em vez disso, soluções aproximadas são, de uma perspectiva matemática, frequentemente o único método sendo usado”, diz Deiter Jaksch, físico quântico na Universität Hamburg.
Primeiro do gênero no mundo
Para resolver o problema melhor do que no passado, a Universität Hamburg e a Lufthansa Industry Solutions lançaram agora um projeto conjunto. “Estamos trabalhando em um algoritmo quântico que é escalável e leva em conta todas as condições de contorno realistas em aeroportos. Isso nos tornaria os primeiros no mundo a não usar computadores convencionais para o problema de atribuição de portão de aeroporto, mas sim computadores quânticos que devem ser muito mais adequados para o trabalho”, diz Jaksch.
Os parceiros do projeto são líderes nas suas respetivas áreas. O IQP da Universität Hamburg ganhou uma excelente reputação internacional pelo desenvolvimento de algoritmos quânticos mais eficientes. Subsidiária da Lufthansa, a LHIND está intimamente familiarizada com as necessidades das companhias aéreas e aeroportos e passou anos realizando um trabalho intensivo em computação quântica.
Como o software quântico é personalizado para a respectiva arquitetura do computador quântico, o desenvolvimento de hardware também deve ser levado em consideração. Os primeiros computadores quânticos comercialmente utilizáveis estão sendo introduzidos sucessivamente no mercado. “Nossa solução de atribuição de portões de aeroporto já está disponível e os aeroportos podem usá-la para planejar e gerenciar em tempo real. Atualmente, ela é baseada em computadores clássicos e nos próximos anos melhorará ainda mais graças ao uso de computadores quânticos. o grande conjunto de talentos da cidade e a forte cultura de financiamento de Hamburgo”, afirma Doetsch.
O objetivo é estabelecer, estabelecer e fortalecer Hamburgo como um centro de computação quântica.
A Universität Hamburg e a Hamburg University of Technology (TUHH) já estão trabalhando juntas na Hamburg Quantum Computing School, financiada pelo Ministério Federal de Educação e Pesquisa. A LHIND também é membro fundadora da Hamburg Quantum Innovation Capital (hqic), um contato central, intersetorial, coordenador e construtor de ecossistemas para tecnologias quânticas.
Sobre o Instituto de Física Quântica (IQP) da Universität Hamburg
O Instituto de Física Quântica faz parte do Departamento de Física da Universität Hamburg-University of Excellence. Ele lidera o Projeto Rymax em e Pesquisa. O objetivo é construir um computador quântico Rydberg em Hamburgo. O projeto está fortemente envolvido no Cluster of Excellence CUI: Advanced Imaging of Matter e no Center for Optical Quantum Technologies (ZOQ). Cinco grupos de pesquisa experimental e 3 teóricos estão atualmente trabalhando no IQP. Suas especialidades de pesquisa são tecnologias quânticas, especialmente computação quântica; o estudo de gases quânticos ultrafrios; detecção de ondas gravitacionais; desenvolvimento de laser para luz comprimida e emaranhada; e questões básicas em física quântica e multipartículas.
Sobre as soluções industriais da Lufthansa
A Lufthansa Industry Solutions é uma provedora de serviços de consultoria de TI e integração de sistemas. A subsidiária da Lufthansa apoia os seus clientes na transformação digital das suas empresas. Os seus clientes vão desde associações dentro da corporação Lufthansa até mais de 300 empresas em diferentes setores. A empresa tem sede em Norderstedt e emprega mais de 2.500 pessoas em diversas filiais na Alemanha, Albânia, Suíça e Estados Unidos.
