欧洲空客公司围绕航空领域五个问题启动“空客量子计算挑战赛”

2019-02-26 14:25

2019年1月22日，欧洲空客公司宣布面向全球举办“空客量子计算挑战赛”（Airbus QuantumComputing Challenge，AQCC），以利用量子计算这种新型计算能力，为飞机全生命周期的复杂优化和模型化提供解决方案。

该项目通过将新型计算能力应用于现实工业的案例，实现从实验室科研向工业领域应用的转变。随着传统计算机接近其能力极限，量子计算机有望提供新型计算能力。作为高性能计算（HPC）的活跃用户，空客公司已经在路径优化和卫星图像处理等领域通过集成和利用量子技术的方式实现了扩容。

量子计算概念想象图。空客公司透露，该公司“已在路径优化和卫星图像处理等领域，通过集成和利用量子技术的方式实现了扩容”（“Asan active user of High Performance Computing (HPC), Airbus is already extendingcurrent capacity by integrating and leveraging quantum technologies in fieldssuch as route optimisation and satellite imagery”）（欧洲空客公司图片）

通过举办挑战赛，空客公司寻求利用内部和外部知识、数据和专业知识的共享，进一步探索量子技术可以带来的新型解决方案。举办方在飞行物理领域确定了五个方向的问题，针对这五个问题的挑战赛将从设计、运营到航空公司的收入流等方面，对空客公司的各业务领域产生影响。由于五个问题涉及的对象不同，因此研究工作的复杂程度也各不相同，包括了从简单的飞机爬升优化设计到复杂的翼盒优化设计。

问题1及其陈述：飞机爬升优化

——飞机在从起飞到着陆的“任务”中遵循几个飞行阶段。巡航是其中最长的部分，从燃料和时间优化的角度来看，它被认为是最重要的部分。然而，对于不断增加的短程航班，上升和下降更为关键。这些细分阶段的燃料优化对航空公司来说非常有价值。这个问题集中在爬升以及如何应用量子计算于达到低成本指数（时间和燃料的相对成本），这对于提高效率至关重要。

空客之问：您能找到解决方案，从而对航空业的未来产生影响吗？

飞机爬升优化是空客量子计算挑战赛提出的五大问题之一（欧洲空客公司图片）

问题2及其陈述：计算流体力学

——飞机设计的效率在很大程度上取决于飞机的总体气动外形。该设计使用计算流体力学（CFD）进行，可演示飞机周围的气流行为并揭示作用在其表面上的空气动力。但是，准确的CFD模拟是一项耗费资源和时间的任务。这一挑战旨在展示如何使用量子计算算法或以混合量子－传统方式运行已建立的CFD模拟，以便更快地解决问题；以及算法如何根据包括计算资源在内的问题复杂性进行缩放。

空客之问：你能找到这个问题的答案吗？

计算流体力学应用是空客量子计算挑战赛提出的五大问题之二（欧洲空客公司图片）

问题陈述3：用于求解偏微分方程的量子神经网络

——在求解空气动力学问题时，求解偏微分方程（PDE）是一项主要的挑战。如今，它们的解决需要复杂的数值方案和高昂的计算成本。传统上，PDE使用数值方法以确定的方式解决。最近，已经开发出神经网络——基于深度学习的算法——来解决耦合的偏微分方程。这些网络计算PDE的时间和空间导数。拟议的挑战是通过量子能力增强这种空气动力学问题的新方法。

空客之问：您能否建立一种在航空和可能更广泛的数字社区中有用的方法？

用量子神经网络求解偏微分方程是空客量子计算挑战赛提出的五大问题之三（欧洲空客公司图片）

问题陈述4：翼盒设计优化

——鉴于传统计算的局限性，航空航天业在多学科优化设计方面面临着挑战——在必须同时计算机身载荷、质量建模和结构分析等设计配置时。这可能导致设计交付周期长，复杂的流程和保守的评估。量子计算通过同时评估不同参数提供了探索更宽松设计空间的替代途径，从而在优化重量的同时保持结构完整性。这种平衡在飞机机翼设计中尤为重要，其中重量优化是低运营成本和减少环境影响的关键。

空客之问：您如何提出可以解决这种复杂性的量子计算？

翼盒设计优化是空客量子计算挑战赛提出的五大问题之四（欧洲空客公司图片）

问题陈述5：飞机装载优化

——航空公司力图充分利用飞机的有效载重能力，以最大限度地增收，优化燃油消耗并降低总运营成本。它们的优化范围受到飞机操作包线的限制，该操作包线由每个任务的最大有效载重容许范围、飞机的重心和机身剪切限制决定。这一挑战的目标是在耦合的操作约束下计算最佳的飞机配置，从而演示量子计算可如何用于解决实际问题，以及如何将其扩展到更复杂的问题。

空客之声：将您的理论付诸试验，成为量子计算突破的一部分！