Исследователи из Центрального университета, Университета Иннополис и других институтов разработали метод, который в 30 раз ускоряет поиск оптимальных движений роботизированной руки. Решение основано на использовании квантовых компьютеров нового поколения. Работа опубликована в Scientific Reports (журнал группы Nature).
В чём проблема?
Задача обратной кинематики — определение углов в суставах робота, чтобы его рука оказалась в заданной точке. Она решается постоянно: промышленные манипуляторы, хирургические роботы, автономные автомобили должны мгновенно просчитывать движения.
На классических процессорах, когда робот становится более ловким (больше степеней свободы) и появляются ограничения («не задеть препятствие»), вычисления замедляются. В реальном времени это критично.
Что предложили?
Учёные переформулировали задачу в математический формат, понятный квантовым процессорам D-Wave. Углы между суставами закодировали в виде последовательностей нулей и единиц, а поиск оптимального положения свели к поиску минимума квадратичной функции.
Такой формат позволяет использовать квантовый отжиг — технологию, реализованную в новых процессорах, — для поиска глобального минимума в сложном пространстве решений.
Что показали эксперименты?
Расчёты проводились на реальном квантовом процессоре D-Wave, а не на симуляторе. Результат: гибридные квантово-классические алгоритмы достигли ускорения более чем в 30 раз по сравнению с классическими кремниевыми методами.
Что это даёт?
- Роботы будут быстрее реагировать: меньше задержка между решением и движением.
- Движения станут плавнее и оптимизированнее: никаких лишних суетливых движений.
- Снижается зависимость от импортных технологий, повышается конкурентоспособность российской промышленности.
Квантовый подход — не универсальный, но рабочий
Авторы подчёркивают: вместо того чтобы ждать универсальных квантовых компьютеров (которые пока не созданы), они пошли другим путём. Взяли узкоспециализированную задачу, которую умеет решать существующее квантовое «железо», и свели к ней реальную инженерную проблему.
«Эта работа — пример успешного синтеза робототехники, алгоритмов оптимизации и квантовых вычислений современного типа», — отмечает Глеб Рыжаков из Центрального университета.
Вывод: российские учёные показали, что квантовые компьютеры уже сегодня могут решать практические инженерные задачи — не «когда-нибудь», а прямо сейчас, на существующем оборудовании. И ускорение в 30 раз — это не теория, а измеренный результат.