Ez a jövő: kvantumszámítás a gyártásban

Az elmúlt húsz évben a kvantumszámítás hatalmasat fejlődött. A kvantummechanika törvényszerűségeit kihasználó gépek számos előnnyel kecsegtetnek – így például a hagyományos számítógépekhez képest a problémák sokkal gyorsabb megoldása a gyártásra is jelentős hatást gyakorolhat.

A kvantumszámítás fejlődésével a gyártáson belül legelőször az űrkutatás és az elektronika profitálhatnak a technológiából – nagyobb energiasűrűségű akkumulátorokkal, jobb szilárdságú és tömegarányú anyagokkal, valamint az energiatermelést és a szén megkötését elősegítő hatékonyabb szintetikus és katalitikus folyamatokkal.

A kvantumszámításról dióhéjban

A kvantumszámítógépek az információ ábrázolásában lényegesen eltérnek hagyományos társaiktól. A hagyományos számítástechnika egy hatalmas „bit” sorozaton keresztül jeleníti meg az információt – minden bitnek a bináris állapota 1 vagy 0 lehet. A kvantum számítógépben az információt kvantumbiteken keresztül ábrázolják, ami azt jelenti, hogy mindegyik bit végtelen számú állapotban lehet egyszerre.

Emellett az információ feldolgozásában is eltérnek egymástól a gépek – a hagyományos számítástechnikában az információkat egymás után dolgozzák fel; egy kvantumszámítógép azonban azonnal feldolgozza az információk teljes egészét. További eltérés a két technológia között a bitek egymáshoz kapcsolódása. Egy kvantum számítógépben a kvantumbitek összekapcsolhatók egymással úgy, hogy azonnal befolyásolhatják sajátos állapotukat – még akkor is, ha kvantumbitek nagy távolságra vannak egymástól.

Tehát leegyszerűsítve – a kvantumszámítógépek képesek egyszerre egy exponenciálisan nagyobb értéktartomány feldolgozására, ellentétben a klasszikus számítógépekkel. Így a kvantumszámítógépek ezerszer gyorsabban képesek kezelni a felmerülő nehézségeket; emellett olyan problémák megoldására is alkalmasak, melyekre ma még nem létezik optimális megoldási lehetőség.

Kvantumszámítás a tervezésben

Ma a számítógépes szimuláció fontos szerepet játszik a termékek tervezésében és előzetes tesztelésében. Számos iparág hardverkomponenseit 3D-s módon modellezik, egyedi mérnöki megoldásokkal és biztonsági tartalékokkal. Ugyanakkor a magas költségek potenciálisan akadályozzák a termékek és a tervezés-tesztelés életképességét.

Ezzel szemben a kvantumszámítógépek szimulálni tudják az összetett kölcsönhatásokat a bonyolult hardver-rendszereken belül. Az IBM előrejelzése szerint ez a módszer lehetővé teheti a terhelési útvonalak, a zaj, a rezgés és a rendszerterhelések pontosabb kiszámítását. Ez a fajta integrált elemzés optimalizálhatja az egyes alkatrészek gyártását, csökkentve számos egyedi biztonsági tartalék együttes hatását és javítva a költségeket a rendszer teljesítményének romlása nélkül.

Kvantumszámítás az ellenőrzéshez

A gyártás során felmerülő ellenőrzési folyamatok rendkívül összetettek lehetnek, gyakran kihívás elé állítva a fejlett elemzési technológiai rendszereket. Ez különösen igaz a gépi tanulás alkalmazásakor, valamint ha több változó elemzésére van szükség. A kvantumszámítás a gépi tanulással kombinálva azonban hatékonyan befolyásolhatja a gyártást.

Egyrészt a gyártósorok fejlesztésével sokkal dinamikusabb optimalizálási folyamatokat tesznek lehetővé. Ez különösen a komplex termékek gyártási folyamatai és robotikai ütemezése szempontjából lehet hasznos – ahol a szimuláció és az optimalizálás számítógépigényes. Emellett a kvantumszámítás lehetővé tenné, hogy a gyártók sokkal összetettebb szoftverrendszereket analizáljanak.

A kvantumszámítás segítségével a gyártók képesek legyőzni a klasszikus rendszerek korlátait. Míg a félvezető chipek gyártása már integrálja folyamataiba az egyszerű többváltozós elemzést és a gépi tanulást, addig a klasszikus számítástechnika még számítási akadályokba ütközik. A kvantumszámítás viszont segíthet ezen szűk keresztmetszet leküzdésében, ha további interaktív tényezőket és folyamatokat elemez a termeléshozam növelése érdekében.

Kvantumszámítás az ellátási láncban és a logisztikában

Az ellátási láncok gyors ütemben fejlődnek. A kvantumszámítás pedig potenciálisan átalakíthatja az ellátási láncot – a dinamikus, valós idejű döntéshozatal segítségével ugyanis optimalizálja a szállítói megrendeléseket és javítja a logisztikát.

A lineáris modelleket felváltja a valós idejű piaci igényeken és a kulcsfontosságú összetevők elérhetőségén alapuló, rugalmasabb modellre való áttérés, ami valódi lehetőséget nyit a kvantumszámítás előtt. Az ellátási lánc eszköztárának technológiáival együttesen a kvantumszámítás felgyorsíthatja a döntéshozatalt és javíthatja a kockázatkezelést. Ez pedig alacsonyabb működési költségeket és a csökkenő eladások megfékezését eredményezheti.

A Speedel brit B2B futárcég üzemeltetési vezetője, Shiraz Sidat szerint a kvantumszámítás lehetőséget kínálhat a logisztikai csapatok számára fenntarthatóbb és pénzügyileg megalapozottabb útvonalak tervezésére. A szakértő hozzátette, hogy ma a hagyományos számítógépek több tucat útvonal-lehetőséget ajánlanak fel a fuvarok megtervezése során – ezzel szemben a kvantum segítségével a logisztikai tervezők kevesebb energia felhasználásával és rövidebb idő alatt határozhatják meg a legjobb útvonalakat.

Mit tehetnek most a gyártók?

A Manufacturing Global elemzése több javaslatot is megfogalmaz a gyártók számára annak érdekében, hogy még a kvantumszámítás valós térnyerése előtt felkészülhessenek a technológiára.

Elsősorban a gyártóknak érdemes egyre nagyobb figyelmet fordítani azokra a problématípusokra, melyeket a technológia képes hatékonyabban megoldani. Emellett a vállalatoknak nyitottnak kell lenniük a felhasználási esetek kidolgozásához, és érdemes felmérniük a kvantum lehetséges alkalmazási lehetőségeit az adott iparág számára. Továbbá nagyon fontos az együttműködés és a partneri kapcsolatok kiépítése, a gyors fejlődés és a könnyebb alkalmazás érdekében – olvasható a Manufacturing Global oldalán.