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Neste artigo convidado, abordamos o complexo tema da computação quântica e um exemplo de aplicação na logística. Rainer A. Stawarz, fundador e CEO da K&S Informatik, especializada em soluções aduaneiras em Zurique, tenta explicar com palavras simples, usando o exemplo da alocação de contêineres em espaços de armazenamento nos terminais portuários, o que é possível com um algoritmo quântico adequado.
Por: Rainer A. Stawarz
(Zurique) Este artigo trata de um problema que pode ocorrer em portos de contêineres: a alocação eficiente de espaços de armazenamento para contêineres que chegam. Não é apenas importante encontrar um espaço livre, mas também considerar a carga dos contêineres ao redor. Isso é especialmente relevante para evitar acidentes, como a grave explosão no porto de Tianjin em 2015.
Visão geral do problema
Vamos imaginar que um grande navio de contêineres, como o “Sovereign Maersk”, chega a um porto, aqui como exemplo Xangai, e precisa descarregar 7.500 contêineres. O sistema portuário tem a tarefa de encontrar e reservar um espaço de armazenamento adequado para cada um desses contêineres.
No maior porto de contêineres do mundo, em Xangai, mais de 47 milhões de contêineres padrão (TEU) foram movimentados em 2023. Isso significa que milhares de contêineres precisam ser armazenados e descarregados diariamente. Portanto, um sistema eficiente para gerenciar os espaços de armazenamento é essencial.
Desafios do método clássico
Nos métodos convencionais, cada espaço de armazenamento possível é verificado individualmente. Mesmo que cada verificação leve apenas uma fração de segundo, o tempo de computação pode se somar a várias horas quando há milhares de espaços e contêineres. Na prática, existem otimizações, como agrupar contêineres semelhantes ou excluir certas áreas da busca. No entanto, podem ocorrer gargalos – especialmente quando regulamentações para mercadorias perigosas, proteção contra incêndios ou distâncias de segurança são ainda mais rigorosas. Nesses casos, o tempo de computação rapidamente se torna um fator crítico.
A abordagem quântica como solução
Aqui, a computação quântica pode oferecer uma solução. Em 1996, o matemático indiano Lov Grover desenvolveu um algoritmo quântico que acelera significativamente a busca em bancos de dados. Em vez de pesquisar todos os espaços de armazenamento individualmente, um computador quântico pode realizar a busca com este algoritmo em muito menos passos. No nosso exemplo com 40.000 espaços de armazenamento possíveis, o algoritmo quântico precisaria de apenas cerca de 200 passos de cálculo. Isso poderia reduzir o tempo total de computação de várias horas para poucos minutos ou até segundos – e isso sem comprometer a precisão.
Desafios práticos e perspectivas
No entanto, um desafio permanece: a avaliação dos espaços de armazenamento baseia-se em vários critérios que podem ser resumidos em um chamado “vetor de adequação”. No entanto, um computador quântico trabalha com qubits, que não podem lidar diretamente com tais estruturas de dados complexas. Portanto, o algoritmo precisaria ser ajustado para processar os critérios de avaliação individualmente. Isso poderia, embora, desacelerar um pouco o cálculo, mas ainda assim a metodologia seria significativamente mais rápida do que os sistemas convencionais.
A Microsoft está próxima com o projeto «Majoran 1»
Em resumo, este artigo mostra como os computadores quânticos poderiam revolucionar a logística em portos de contêineres – desde que os conceitos teóricos possam ser implementados na prática. Desenvolvimentos atuais, como o projeto “Majoran 1” da Microsoft, trazem esperança de que tais algoritmos quânticos possam em breve se tornar realidade.
Rainer A. Stawarz é fundador e CEO da K&S Informatik. Ele estudou instalações de energia nuclear e informática teórica.
Imagem de título: © Loginfo24
