QI-TraSiCo – mit Quantencomputing zur netzweiten Ampelsteuerung in Echtzeit

Aufgrund von immer mehr Verkehr auf unseren Straßen, stellen Staus, Wartezeiten und Umweltbelastungen zunehmende Probleme dar. Da der Verkehrsraum gerade in urbanen Bereichen begrenzt ist, kommt der optimierten Verkehrssteuerung in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle zu. Die effiziente Steuerung von Lichtsignalanlagen (ugs. Ampeln) hat einen wichtigen Einfluss auf die Qualität des Verkehrsablaufs. In Großstädten mit einer Vielzahl solcher Anlagen ist dies eine Herausforderung, gerade was die Optimierung in Echtzeit betrifft. Bisherige Verkehrsrechner stoßen hier bislang an ihre Grenzen.

An dieser Stelle setzt das Projekt QI-TraSiCo an. Ziel des Projektes ist es, mittels neuartiger, quanteninspirierter Rechentechnik eine Echtzeitoptimierung von Ampelschaltungen vorzunehmen. In einer prototypischen Umsetzung werden dabei mehrere Lichtsignalanlagen eines realen Testfelds mit einem quanteninspirierten Hintergrundsystem gekoppelt und darüber optimal gesteuert.

Herausforderung

Die Herausforderung lag bisher in der Live-Optimierung großer Straßennetzwerke mit einer Vielzahl von Lichtsignalanlagen. Netzweite Optimierungsansätze sind bekannt, waren aber aufgrund der beschränkten Rechenleistung von konventionellen Verkehrsrechnern meist nicht mit hinreichender Qualität in Echtzeit ausführbar. Die zukünftige Anwendung leistungsfähiger Quantencomputer bietet hier ganz neue Möglichkeiten. So lässt sich für jede Lichtsignalanlage eines Straßennetzwerks eine große Anzahl verschiedener Schaltvarianten in Echtzeit berechnen und prüfen. Das Optimum kann ermittelt und live geschaltet werden, mit einem positiven Effekt für alle Verkehrsteilnehmenden.

Zielsetzung

Im Bereich der Verkehrssteuerung und -optimierung ist Quantencomputing bislang kaum erprobt und wird nicht im Regelbetrieb eingesetzt. Der Grund dafür ist, dass die Systemwelten des innovativen Quantencomputings und der klassischen Verkehrstechnik bisher nicht miteinander kompatibel sind. Die teilweise sehr langen Lebenszyklen der heutigen Verkehrstechnik bedingen, dass notwendige Schnittstellen zur Kopplung mit neuartigen Quantencomputing-Systemen noch nicht vorhanden sind. Zudem muss auch beim Einsatz des Quantencomputings stets ein zuverlässiger 24/7-Betrieb sichergestellt werden, um Ausfälle der Live-Verkehrssteuerung zu verhindern, was noch nicht immer gewährleistet werden kann. Ebenso müssen neue Steuerungsalgorithmen gefunden werden, die speziell auf die Architektur des Quantencomputings angepasst sind, um dessen volles Leistungspotential ausschöpfen zu können. Im Projekt QI-TraSiCo werden diese und weitere Anforderungen berücksichtigt, mit dem Ziel ein prototypisches Gesamtsystem auf die Straße zu bringen.

QI-TraSiCo ist ein Projekt der DLR Quantencomputing-Initiative (DLR QCI), ermöglicht mit Mitteln des Bundesministeriums für Forschung, Technologie & Raumfahrt (BMFTR). Es wird vom DLR-Institut für Verkehrssystemtechnik geleitet und von BearingPoint als Auftragnehmer unterstützt.

Projektname und -webseite:
QI-TraSiCo (Quantum-Inspired Traffic Signal Control)