量子计算在交通运输与物流中的应用

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。版权所有 © 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Stephen Brobst，Teradata● 卡尔·杜卡茨，埃森哲● 凯文·格林，西北大学● 布雷特·约翰逊，西北大学交通中心● 克劳德·勒科尔努，SRI/QED-C● 亚历克斯·路娜，阿尔法铁路● 艾莉森·施瓦茨，D-Wave●本出版物由SRI国际管理的量子经济发展联盟发布，不一定代表SRI国际、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瑞文伍德大道，帕洛阿尔托，CA 94025 到期日期：永久使用、复制或披露受NIST与SRI之间协议中所述限制的约束QED-C是一个由SRI国际管理的行业驱动联盟。该联盟拥有代表行业、学术界、政府和其它利益相关者的多元化会员，致力于推动和发展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®）使用案例技术咨询委员会和西北大学交通中心。如果没有组委会的领导和贡献，本报告将不可能完成，特别是在此特别感谢： 1 | 交通与物流 目录执行摘要...........................................................................................................................................................................4 简介............................................................................................................................................................................................. 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 按相关行业划分的影响与可行性........................................................................................................... 17 按方法划分的影响与可行性..............................................................................................................................18 按运营领域划分的影响与可行性...........................................................................................................19 优先用例.............................................................................................................................................................................23 建议..........................................................................................................................................................................27 结论...........................................................................................................................................................................................29 附录A：方法论.......................................................................................................................................................... 31 研讨会目标：发掘具有高影响力、可行的想法................................................................................... 31 结构：鼓励协作、创新思维........................................................................................... 31 价值链矩阵：双向流程......................................................................................................................33 研讨会流程：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思维拓展................................................................................34 概念海报：如何执行..................................................................................................................................34 附录B：交通运输和物流的量子计算用例.............................. 36附录C：研讨会参与者....................................................................................................................................42 2 | 交通与物流 执行摘要从对量子计算在交通运输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，四个用例被认为在相对较近的时期内可能产生最大的影响：1研究方法、确认用例和研讨会参与者分别介绍在第A、B、C附录中。2参见，例如，肖恩·J·韦恩伯格、法比奥·桑奇斯、高野健、神宫寺和兰德尔·科雷尔 2023 年。供应10.1038/s41598-量子与经典退火算法的供应链物流科学报告13:4770, doi:023-31765-8; 克里斯托弗·D·B·本特利，塞缪尔·马斯奇，安德烈·R·R·卡瓦尔霍，菲利普·基尔比，和大卫·J·比尔库克。2022。量子计算在交通优化中的应用。arXiv，arXiv:2206.07313；以及克里斯廷·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.此外，本报告针对交通物流行业提升QC技术的开发和应用提出了五项建议：作为本项研究的一部分，来自交通物流行业和量子领域的专家们在一个研讨会中召集，以确定两个领域交叉处的用例。确定的大多数用例最终都是优化问题，其中大多数归结为规划操作。相比之下，专家们认为，应用模拟方法（从物流行业的角度来看）的用例，其可行性和影响力不如大多数优化问题。有几家公司已经展示了应用量子计算算法到不同类别的物流问题的小规模原型。为了评估量子计算和交通运输物流业的现状和未来可能性，QED-C的使用案例技术顾问委员会根据一项探讨不同使用案例的可行性和影响的工作坊，领导了这项研究。量子计算（QC）为供应链、交通运输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。它也为所有交通和物流行业模式的计算速度显著提升提供了可能性——空运、陆运和海运。• 劳动计划优化 • 持续路线优化 • 仓储优化 • 需求预测交通运输和物流业面临挑战包括：跨多个设施优化库存、路线规划、最小化制造成本、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、自动驾驶车辆控制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提供优势：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：量子计算能够通过更好的路由程序、高效的货物装载、优化的制造流程和最佳的劳动力调度来提高企业的效率。然而，量子计算（QC）的采用可能非常昂贵且风险很高，特别是对于较小的公司而言。为了克服这一障碍，量子计算公司可以为小型物流公司提供折扣价格来试用该技术，并了解可以获得的商业效率。这将向量子计算公司提供宝贵的反馈和数据以改进他们的产品。这种跨行业的合作甚至可以促进量子计算赋能的路由规划和其它优化工具的开发。•提高供应链安全性和韧性：国家安全和全球供应链的韧性之间存在着广泛的依赖关系。两大措施可以支持该领域的持续创新：(1) 识别供