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Los retrasos en el tren pueden cascada en viajes estancados, pérdidas económicas y enganches de vacaciones. Sin embargo, programar trenes es computacionalmente complejo: puede llevar horas o días resolver grandes redes de transporte en las computadoras tradicionales, cuando las interrupciones como las averías del tren o los accidentes de tráfico exigen soluciones mucho más rápidas.
Un estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore (UMBC), y se centró en Light Raillink de Baltimore, una red híbrida de redes de redes de riel de tran con automóviles dentro de la ciudad de Baltimore, anhele la computación cuántica para abordar este desafío, utilizando un enfoque que combina física, ciencias de la computación y matemáticas.
El trabajo es publicado En la revista Cientific Reports.
En su nuevo artículo, Sebastian Deffner, profesor asociado de física; compañero postdoctoral Emery Doucet; candidato a doctorado Reece Robertson; y los colaboradores Krzysztof Domino y Bartłomiej Gardas en el Instituto de Informática Teórica y Aplicada en la Academia de Ciencias de Polonia probaron si los dispositivos cuánticos podrían administrar los horarios de los trenes en condiciones del mundo real.
El equipo aprovechó el “ruido” inherente a las computadoras cuánticas, perturbaciones aleatorias y no deseadas que causan un efecto similar al radio estático) para modelar los tiempos de viaje de tren impredecibles.
Sus resultados sugieren que las computadoras cuánticas pueden resolver problemas de programación de transporte, pero se necesita hardware más avanzado para que el uso de dispositivos cuánticos sea práctico, especialmente para redes más grandes.
Aleatoriedad en los rieles
Doucet y Robertson discutieron el trabajo en la estación de tren ligero Camden Yards de Baltimore, mientras que los fanáticos del béisbol de Orioles descargaron de trenes a intervalos regulares y camiones de entrega retumbados. Su entusiasmo atraviesa el Din urbano, sus voces se elevan sobre el ruido y el clank de los autos de Baltimore Light Raillink.
El compañero postdoctoral Emery Doucet (izquierda) y Ph.D. El candidato Reece Robertson (derecha) habló sobre su nueva investigación sobre la viabilidad de usar computadoras cuánticas para administrar horarios de tránsito complejos en la estación de enlaces Lightrail de Camden Yards en Baltimore. El documento que resultó de su trabajo se publicó en Scientific Reports. Crédito: Elijah Davis
“Cuánto tiempo te lleva llegar entre dos estaciones en las que tienes mucha infraestructura compartida en el medio, realmente no puedes predecir eso con precisión”, dice Doucet, señalando hacia las pistas y su intersección con un semáforo cercano. Esta aleatoriedad complica la programación, pero la experiencia diversa del equipo, que se extiende la física teórica, el diseño de algoritmos y el hardware cuántico) soluciones creativas facilitadas.
Ruidoso no tiene que ser malo
Las computadoras cuánticas actuales se clasifican como “NISQ” o “cuántica ruidosa a escala intermedia”, pronunciado “nisk”. Eso significa que son propensos a errores con solo potencia moderada. Sin embargo, en lugar de luchar contra el ruido, los investigadores lo usaron para imitar la aleatoriedad diaria, como los retrasos en el tráfico.
“El ‘N’ en Nisq significa ‘ruidoso’, pero eso no significa que el ruido siempre tenga que ser perjudicial”, explica Doucet. “Nos preguntamos si tal vez podríamos usar el ruido al que el dispositivo está sujeto como una herramienta para modelar el caos y la aleatoriedad”.
El equipo probó su enfoque en dos computadoras cuánticas diferentes, una realizada por IonQ, con sede en Maryland y la otra por D-Wave. Los dispositivos cuánticos de cada empresa utilizan bits cuánticos o qubits, de manera ligeramente diferente para procesar información.
El equipo de investigación pudo resolver problemas de programación con hasta 12 trenes en el sistema de D-Wave, que contiene miles de qubits, y solo dos trenes en el sistema de 25 quits de IonQ.
Este trabajo de prueba de principio demuestra que las computadoras cuánticas pueden abordar problemas concretos, aunque aún no son más rápidos o más baratos que las supercomputadoras clásicas para redes grandes: los experimentos cuestan alrededor de $ 65,000.
“Lo que hemos mostrado es que con el hardware disponible actualmente, ya puede resolver problemas prácticos”, dice Deffner, autor principal del nuevo artículo. El estudio destaca la necesidad de sistemas cuánticos más grandes y menos ruidosos para manejar redes más grandes.
Fusionar experiencia, expandir las posibilidades
El impacto potencial es significativo; La reprogramación rápida podría prevenir interrupciones en toda la red.
“Si tiene un problema en una red de trenes, todo tiene que detenerse hasta que reprograma, al menos en esa región, y cuanto más le lleva encontrar un nuevo horario, más disruptivo se vuelve el problema original”, señaló Doucet, mientras un tren se quedaba ruidosamente en la plataforma.
Robertson, Ph.D. Candidato en informática, agregado, “Dentro de las próximas generaciones de tecnología cuántica, los problemas que podríamos abordar aumentarán los problemas más grandes y aborables que son intratables en el hardware actual”.
El fondo de la informática de Robertson complementa la experiencia física del equipo.
“Alguien más podría ayudarme con la intuición física, y luego puedo ayudarlo sugiriendo un algoritmo que pudiéramos usar para probar su idea, o aplicando alguna intuición computacional que podríamos usar para diseñar nuestra solución cuántica”.
“La ciencia de la información cuántica es realmente interdisciplinaria”, agrega Deffner, quien también está afiliado al departamento de Ingeniería de Ciencias de la Computación e Eléctrica de la UMBC y tiene capacitación matemática a nivel de maestría.
Más allá de los trenes
Este enfoque interdisciplinario basado en cuántico eventualmente podría optimizar la logística, las carteras financieras o el descubrimiento de fármacos, campos con variables complejas y aleatorias. El estudio involucró la codificación, el modelado teórico y los experimentos en dispositivos cuánticos reales, una desviación para el grupo de investigación típicamente centrado en la teoría de Deffnner.
Trabajar en el sistema de Baltimore fue un desafío divertido, dice Deffner, porque el enlace de Lightrail pasa de operar como un tren que no se ve afectado por el tráfico fuera de la ciudad a un tranvía que navega por las calles de la ciudad y se detiene en los semáforos dentro de Baltimore.
“Debido a sus características inusuales, era solo un problema único. Y, por supuesto, es genial trabajar en un sistema local”, dice Deffner.
Al unir una experiencia diversa, el equipo de UMBC está convirtiendo el ruido cuántico en fuerza, allanando el camino para soluciones eficientes a los problemas del mundo real.
Más información: Krzysztof Domino et al, en Baltimore Light Raillink en el futuro cuántico, Scientific Reports (2025). Dos: 10.1038/s41598-025-15545-0
Proporcionado por la Universidad de Maryland Condado de Baltimore
Cita: Retirar retrasos en el tren con energía cuántica (2025, 18 de septiembre) Recuperado el 18 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-rethinking-delays-quantum-power.html
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