Anwendungen Braunschweig
DLR-Institut

Quantum-inspired mobility optimization and analysis in real time

Ziel

Wir demonstrieren die bereits heute vorhandene, praktische Nutzbarkeit des Quantencomputings für Echtzeitanwendungen im Bereich der Verkehrsoptimierung und -steuerung.

Die effiziente Steuerung von Lichtsignalanlagen (ugs. Ampeln) hat einen wichtigen Einfluss auf die Qualität des Verkehrsablaufs. In Großstädten mit einer Vielzahl solcher Anlagen ist dies eine Herausforderung, gerade was die Optimierung in Echtzeit betrifft. Bisherige Verkehrsrechner stoßen hier bislang an ihre Grenzen. An dieser Stelle setzt das Projekt QI-TraSiCo an. Ziel des Projektes ist es, mittels neuartiger, quanteninspirierter Rechentechnik eine Echtzeitoptimierung von Ampelschaltungen vorzunehmen. In einer prototypischen Umsetzung werden dabei mehrere Lichtsignalanlagen eines realen Testfelds mit einem quanteninspirierten Hintergrundsystem gekoppelt und darüber optimal gesteuert.

Motivation

Die Verkehrsmengen auf unseren Straßen nehmen stetig zu, verbunden mit immer mehr Staus, Wartezeiten und Umweltbelastungen. Da ein Ausbau der Straßeninfrastruktur oftmals nicht zielführend ist, kommt vor allem eine Optimierung der Verkehrssteuerung in Betracht. Die Herausforderung liegt dabei in der Live-Optimierung großer Straßennetzwerke mit einer Vielzahl von Lichtsignalanlagen. Netzweite Optimierungsansätze sind bekannt, waren bisher aber aufgrund der beschränkten Rechenleistung von konventionellen Verkehrsrechnern meist nicht mit hinreichender Qualität in Echtzeit ausführbar. Die zukünftige Anwendung leistungsfähiger Quantencomputer bietet hier ganz neue Möglichkeiten. So lässt sich für jede Lichtsignalanlage eines Straßennetzwerks eine große Anzahl verschiedener Schaltvarianten in Echtzeit berechnen und prüfen. Das Optimum kann ermittelt und live geschaltet werden, mit einem positiven Effekt für alle Verkehrsteilnehmenden.

Herausforderung

Die Anwendung des Quantencomputings ist im Bereich der Verkehrsoptimierung und -steuerung bislang kaum in der Praxis erprobt. Die heutige Verkehrsinfrastruktur ist bisher nicht kompatibel mit innovativen Hard- und Softwarelösungen des Quantencomputings. Im Feld eingesetzte Verkehrstechnik hat teilweise sehr lange Lebenszyklen, weshalb Schnittstellen zu neuartigen Anwendungen wie dem Quantencomputing nicht vorhanden sind und erst geschaffen werden müssen. Dabei ist stets ein zuverlässiger 24/7-Betrieb sicherzustellen, damit es zu keinen Ausfällen in der Live-Verkehrssteuerung auf der Straße kommt. Darüber hinaus muss eine Steuerungsalgorithmik gefunden werden, die einerseits die Potentiale des Quantencomputings voll ausschöpft, anderseits aber auch gesetzlichen Randbedingungen entspricht. Diesen Anforderungen stellt sich das Projekt QI-TraSiCo und wird ein prototypisches, praxistaugliches Gesamtsystem umsetzen.