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Bahnverkehrsmanagement mit QUBO
Was ist die optimale Zug/Gleis-Kombination, um die Effizienz eines Bahnhofs zu maximieren und ein hohes Serviceniveau für die Fahrgäste zu gewährleisten?
Den Bahnverkehr zu managen ist eine komplexe Aufgabe
Das Management des Zugverkehrs innerhalb eines Bahnhofs ist ein komplexes Problem, bei dem mehrere Aspekte berücksichtigt werden müssen, wie etwa die Topologie des Bahnhofs, das bestehende Einfahrtsmanagement, die Anwendung einer bestimmten Optimierungslogik, die Spursteifigkeit des Schienennetzes sowie oft unvorhersehbare Verspätungen und Störungen. Insbesondere die unzureichende oder nicht rechtzeitige Reaktion auf unerwartete Ereignisse kann sich über Tausende Kilometer hinweg auswirken und zu Unannehmlichkeiten für die Fahrgäste führen.
Mit Quantum Computing
die Leistung des Bahnhofs optimieren
In der Praxis wird das Zugverkehrs- oder Schienenmanagement häufig halbmanuell durchgeführt, nach einem linearen Modell, das in erster Linie auf Vereinfachung ausgerichtet ist und bei dem die Effizienz oft auf der Strecke bleibt. Quantum Computing kann hier eine praktische Lösung sein, die durch hohe Rechengeschwindigkeit zu effizienter Leistung führt.
Reply hat dieses Potenzial durch die Entwicklung eines QUBO-Modells erschlossen. Die Abkürzung steht für Quadratic Unconstrained Binary Optimization. Es handelt sich hierbei um einen mathematischen Formalismus zur Beschreibung von quadratischen und binärvariablen kombinatorischen Optimierungsproblemen, die mit Hilfe von Quantum Computing leicht gelöst werden können.
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Versuche unter Realbedingungen in einem italienischen Bahnhof
Ausgehend vom Fahrplan eines mittelgroßen italienischen Bahnhofs hat das Reply Team mit Hilfe des QUBO-Algorithmus reale Bedingungen modelliert und eine Reihe von Constraints und Lösungsmechanismen festgelegt, um den Verkehrsfluss im Bahnhof zu optimieren und das Fahrgasterlebnis zu verbessern. Das Modell erwies sich als äußerst effizient: Im Versuch war man in der Lage, die Auslastung der Gleise zu optimieren, die Kapazität der Bahnstrecken zu erhöhen und die Wegstrecken zum Anschlusszug innerhalb des Bahnhofs zu verkürzen, wodurch sich das Fahrgasterlebnis deutlich verbesserte.
Wo Reply einen
Vorsprung ermöglicht
Reply hat eine multidisziplinäre Forschungsgruppe gegründet, die sich mit Quantum Computing befasst. Diese erforscht das Potenzial der innovativen Technologie und entwickelt konkrete Lösungen für Unternehmen. Das Reply Team konzentriert sich dabei schwerpunktmäßig auf Quantenoptimierungsalgorithmen, die Prüfung konkreter Anwendungsfälle und die Zusammenarbeit mit internationalen Akteuren. Im Bereich der Bahnmobilität hat die von Reply entwickelte Methodik gezeigt, dass es möglich ist, das Problem einer effizienten Bahnsteigbelegung mit einem automatisierten und quantenbasierten Ansatz erfolgreich zu lösen.