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Gestire il traffico ferroviario con QUBO
Qual è la combinazione treni/binari ottimale per massimizzare le performance di una stazione, garantendo un alto livello di servizio all’utente finale?
La complessità della gestione ferroviaria
La gestione del routing dei treni all’interno di una stazione è un problema complesso, che impone la considerazione di una molteplicità di vincoli: la topologia della stazione, la gestione dell’arrivo contemporaneo di più treni, l’utilizzo di una determinata logica di ottimizzazioni, la rigidità del network ferroviario, oltre a ritardi e malfunzionamenti spesso imprevedibili. Gestire l’imprevisto in modo inadeguato o intempestivo, in particolare, può generare ripercussioni a migliaia di chilometri di distanza, causando disagi e difficoltà ai passeggeri.
Ottimizzare le performance delle stazioni con il Quantum Computing
Nella realtà, la pianificazione treni/binari avviene spesso semi-manualmente, con l’inquadramento del problema all’interno di un modello lineare volto a favorire la semplificazione a discapito dell’efficienza. Ma il Quantum Computing può, in questo contesto, rappresentare una soluzione, efficientando le performance grazie alla sua velocità di calcolo.
Reply ne ha sfruttato le potenzialità creando un modello QUBO, acronimo di Quadratic Unconstrained Binary Optimization. Si tratta di un formalismo studiato per descrivere problemi di ottimizzazione combinatoria quadratici e a variabili binarie, potendoli poi risolvere agevolmente tramite il quantum.
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La sperimentazione Reply all’interno
di una stazione italiana
A partire dal timetable di una stazione italiana medio-grande, il team Reply ha modellizzato la realtà tramite l’algoritmo QUBO, stabilendo una serie di vincoli al fine di ottimizzare il flusso di traffico nella stazione, e migliorare l’esperienza dell’utente finale. I risultati ottenuti sono stati particolarmente efficaci: la gestione sperimentata è stata in grado di ottimizzare l’utilizzo dei binari e di incrementare la capacità delle linee ferroviarie, riducendo inoltre all’interno della stazione la distanza necessaria ai passeggeri per prendere una coincidenza, e migliorando quindi l’esperienza utente.
Dove Reply può fare la differenza
Reply ha avviato un gruppo di ricerca multi-disciplinare che si dedica al quantum computing, nell’ottica di testare le potenzialità di questa tecnologia e sviluppare proposte concrete per aziende e imprese: l’attività del team Reply si è focalizzata su algoritmi quantistici di ottimizzazione, anche attraverso la realizzazione di casi concreti e le collaborazioni con player internazionali. Nell’ambito della mobilità su rotaia, la practice sviluppata da Reply ha dimostrato la possibilità di gestire con successo il Train Platforming Problem con un approccio automatizzato e quantum based.