量子计算在交通运输与物流领域的应用

致谢美国国家标准与技术研究院为这项研究提供了资金支持。© 2024 SRI 保留所有权利。免责声明政府目的权利关于QED-C建议引用非美国政府通知斯蒂芬·布罗斯特，铁姆肯德● 卡尔·杜卡茨，埃森哲● 凯文·格利南，西北大学● 布雷特·约翰逊，西北大学运输中心● 克莱尔·勒科尔努，SRI/QED-C● 亚历克斯·卢纳，AlphaRail● Allison Schwartz, D-Wave●本出版物由 SRI International 管理的量子经济发展联盟发布，不一定代表 SRI International、QED-C 的任何个人成员或任何政府机构的观点。量子经济发展联盟（QED-C）。量子计算在交通运输和物流中的应用。弗吉尼亚州阿灵顿：2024年3月。https://quantumconsortium.org/xport24.协议编号：OTA-2019-0001 承包商名称：SRI国际 承包商地址：333雷文伍德大道，门洛帕克，加利福尼亚州94025 失效日期：永久使用、复制或披露需遵守NIST与SRI之间协议中所述的限制。QED-C是一个由SRI国际管理的行业驱动联盟。该联盟拥有多元化的成员，代表着行业、学术界、政府及其他利益相关者，致力于推动和增长量子产业及其相关供应链。欲了解更多关于QED-C的信息，请访问我们的网站quantumconsortium.org.感谢量子经济发展联盟（QED-C®) 应用案例技术顾问委员会以及西北大学交通中心。本报告的完成若非组织委员会的领导和贡献，特别是： 1 | 交通与物流 目录执行摘要...........................................................................................................................................................................4 介绍............................................................................................................................................................................................. 8 基于量子计算的供应链决策制定........................................................................ 12 用例影响与可行性......................................................................................................................................... 13 分类................................................................................................................................................................................... 15 按相关行业的影响与可行性........................................................................................................... 17 按方法的影响与可行性..............................................................................................................................18 按运营领域的影响与可行性...........................................................................................................19 优先用例.............................................................................................................................................................................23 建议..........................................................................................................................................................................27 结论...........................................................................................................................................................................................29 附录A：方法论.......................................................................................................................................................... 31 工作坊目标：发现高影响、可行的想法................................................................................... 31 结构：鼓励协作、创新思维........................................................................................... 31 价值链矩阵：双向流动......................................................................................................................33 工作坊流程：想法生成器...............................................................................................................................33 想法：头脑风暴、分析、筛选...........................................................................................................................33 概念卡片：筛选想法....................................................................................................................................34 一个灵活的评分系统以促进扩展思维................................................................................34 概念海报：如何执行..................................................................................................................................34 附录B：交通与物流的量子计算用例...................................................................... 36附录C：工作坊参与者....................................................................................................................................42 2 | 交通与物流 执行摘要1研究方法、识别的使用案例和研讨会参与者分别呈现在附录A、B和C中。2参见，例如，Sean J. Weinberg, Fabio Sanches, Takanori Ide, Kazumitzu Kamiya, 和 Randall Correll 2023. 供应10.1038/s41598-基于量子与经典退火算法的连锁物流科学报告13: 4770, doi:023-31765-8; 克里斯托弗·D·B·班内特，塞缪尔·马斯奇，安德烈·R·R·卡瓦略，菲利普·基利，以及迈克尔·J·比尔库克。2022。量子计算用于交通优化。arXiv，arXiv:2206.07313；以及克里斯宾·H·V·库珀。2022。探索量子计算在交通建模中的潜在应用IEEE智能交通系统汇刊23,第9期:14712–20,doi:10.1109/TITS.2021.3132161.从对量子计算在交通和物流应用中的当前状态、用例的可行性和影响的分析来看，有四个用例被认为在相对较短的时间内可能产生最大影响：此外，本报告针对交通运输物流行业促进QC技术的发展和应用，提出了五项建议：作为这项研究的一部分，来自交通物流行业和量子领域的专家们在一个研讨会中汇聚，以确定两个领域交叉处的应用案例。所确定的大多数应用案例最终都是优化问题，其中大部分归结为规划操作。相比之下，从物流行业角度来看，应用模拟方法的应用案例被专家认为比大多数优化问题可行性更低、影响更小。有几家公司展示了应用量子计算算法到不同类别的物流问题的中小规模原型。为了评估量子计算和交通运输物流行业的当前状态和未来可能性，QED-C的使用案例技术咨询委员会基于一项探讨不同使用案例的可行性和影响的研讨会，领导了这项研究。量子计算（QC）为供应链、交通和物流问题提供了引人入胜的解决方案，这些问题是经典计算机无法完全解决的。它还提供了显著加快计算的可能性，并在所有运输和物流行业模式——空中、陆地和海上——都有应用。• 优化劳动计划 • 持续路线优化 • 优化仓储 • 需求预测交通运输和物流行业面临的挑战包括跨多个设施的库存优化、路线规划、制造成本最小化、最后一公里配送、工厂和卡车调度、动态定价算法、车队管理和维护、可持续性和绿色物流、能源系统、自主车辆的控制系统以及现代城市内的导航。文献表明，量子计算在三个主要领域具有优势：优化、机器学习和模拟。 4 | 交通与物流21 5 | 交通与物流•提高企业运营效率：量子计算通过更优的路线程序、高效的货物装载、优化的制造流程和最佳的劳动力调度，为提高商业效率提供了可能的解决方案。然而，量子计算（QC）的采用可能非常昂贵和具有风险，尤其是对于规模较小的公司。为了克服这一障碍，QC公司可以针对小型物流公司提供折扣率，以试用这项技术并看到可获得的商业效率。这也会为QC