Квантовый компьютер для обработки листового металла

Штолленверк: в QUASIM мы хотим исследовать потенциал квантовых компьютеров для обработки металлов. При этом мы фокусируемся на конкретных случаях применения. Одна из исследуемых проблем, которую мы изучаем совместно с компанией TRUMPF, — это извлечение деталей во время лазерной резки. Эти процессы извлечения часто протекают не оптимально, хотя они оптимизируются с помощью компьютерного моделирования уже сегодня. Это связано с тем, что тепловое расширение листов — лазер очень горячий — в существующих моделях можно было учесть лишь частично. Поэтому вырезанные детали иногда застревают в листе. Для их освобождения станки приходится останавливать, что приводит к нежелательным простоям. Оптимизация схем резки с помощью квантовых вычислений и машинного обучения может помочь повысить эффективность, а также качество резки.

Штолленверк: современные квантовые компьютеры все еще находятся на ранней стадии развития, несмотря на огромный прогресс, достигнутый в последние годы. В настоящее время цель состоит в том, чтобы разбить проблемы на составные части, которые имеют сходные характеристики с реальными задачами и настолько просты, что могут быть решены на доступных в настоящее время квантовых компьютерах, имеющих всего несколько кубитов. Таким образом мы хотим прийти к оценке того, в какой степени квантовые компьютеры могут предложить реальное преимущество квантовых технологий на практике для этой конкретной задачи. Вопрос в том, какими свойствами должен обладать такой квантовый компьютер и насколько высоки связанные с этим затраты на разработку. Важной целью в конце проекта является получение оценки того, какие ресурсы квантовых компьютеров потребуются для достижения преимущества квантовых технологий на практике. На данный момент мы разработали первые подходы к использованию квантовых компьютеров для ускорения машинного обучения при моделировании изменения температуры по поперечному сечению луча в деталях из листа.

Штолленверк: в проекте QUASIM мы сотрудничаем с Немецким исследовательским центром по искусственному интеллекту (Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, DFKI), который координирует проект, а также с Институтом производственных технологий им. Фраунгофера (Institut für Produktionstechnologie, IPT), компанией TRUMPF и компанией по разработке программного обеспечения ModuleWorks в Аахене. Компании Ford и MTU также участвуют в проекте в качестве ассоциированных партнеров. Моя задача — координировать работу со стороны Юлихского исследовательского центра. Мои коллеги д-р Алессандро Чиани и Свен Данц проводят фактическую исследовательскую работу, изучая квантовые алгоритмы, которые могут быть пригодны для производства.

Штолленверк: в настоящее время мы все еще моделируем квантовые компьютеры на классических компьютерах. Преимущество этого в том, что мы можем полностью сосредоточиться на разработке квантовых алгоритмов и уделять меньше внимания особенностям современных квантовых систем, которые, как правило, все еще в некоторой степени допускают ошибки. Тем не менее мы уже учитываем свойства настоящего квантового оборудования, например, разрабатываемого в рамках проекта Qsolid. Это, например, частота ошибок в специальных квантовых операциях и ограниченная связность кубитов.