Le recuit quantique : un changement de cap pour la gestion de projets complexes ?
21/11/2024
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Dans un monde où la gestion de projet implique de plus en plus de jongler avec des calendriers complexes et des contraintes de ressources strictes, il est essentiel de trouver des solutions plus efficaces. Une nouvelle étude examine le potentiel du recuit quantique, une approche de l’informatique quantique, pour optimiser les problèmes de planification dans le cadre de la gestion de projets complexes. Dans cette vidéo (en anglais), l’un des auteurs, Luis PEREZ ARMAS, explore la manière dont cette technologie émergente peut potentiellement aider à traiter des problèmes qui peuvent être trop compliqués pour les méthodes informatiques classiques.
Recuit quantique et ordonnancement de projet
L’ordonnancement de projets peut devenir particulièrement complexe lorsque les ressources disponibles sont limitées. Cela peut être le cas pour des projets dans divers secteurs tels que le développement de logiciels, l’organisation d’événements, la recherche et le développement pharmaceutique, la construction ou l’infrastructure.
Bien que les ordinateurs quantiques existent depuis un certain temps, il a été difficile de les rendre plus largement utilisables. Les approches traditionnelles s’appuient souvent sur une technique appelée programmation linéaire en nombres entiers mixtes (PLNE), mais celle-ci peut s’avérer coûteuse et lente lorsqu’elle est développée.
C’est là que les chercheurs de l’IÉSEG, de la KU Leuven et de l’Université de Louvain, Junia/Centrale Lille ont estimé que le recuit quantique pouvait potentiellement exceller. Contrairement aux ordinateurs quantiques classiques basés sur des portes, les recycleurs quantiques sont optimisés pour trouver les états d’énergie les plus bas dans les problèmes complexes, ce qui les rend particulièrement adaptés aux tâches complexes.
Le professeur Luis PEREZ ARMAS, l’un des chercheurs du projet, explique : « Pour tester cela, nous avons généré plusieurs instances de projet et évalué plus de 12 façons différentes de formuler le projet à l’aide de formules de programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP) afin de trouver celle qui s’adapte le mieux au recuit quantique. »
« Une fois que nous avons identifié la meilleure formulation, nous avons cartographié plus de 30 instances de calendrier de projet de tailles et de complexités différentes sur des dispositifs quantiques et nous avons effectué des milliers d’évolutions quantiques. Nous avons affiné des paramètres tels que le temps de recuit, l’ordonnancement, le nombre de pauses, et nous avons même testé une technique avancée connue sous le nom de recuit quantique inversé, qui est l’équivalent d’un « démarrage à chaud », mais dans le domaine quantique. »
Les pauses améliorent le processus
Les chercheurs ont découvert que les formulations les plus simples du passé, qui ont longtemps été écartées, sont en fait les plus adaptées aux dispositifs de recuit quantique actuels. En outre, ils ont découvert que l’inclusion de pauses améliore systématiquement les performances du processus de recuit, tandis que des temps de recuit plus longs, au-delà de 20 microsecondes, tendent à détériorer la qualité des solutions.
La principale difficulté identifiée a été l’« intégration du problème », c’est-à-dire la transposition du problème sur la puce quantique. Cela est principalement dû à l’absence de connectivité suffisante entre les qubits, qui sont l’unité de base de l’information quantique et la manière dont ces éléments d’information sont connectés est un aspect crucial de l’informatique quantique.
Surpasser les techniques de calcul classiques
Globalement, pour les problèmes d’ordonnancement sous contrainte de ressources et avec des temps d’évolution courts (moins de 5 secondes), ils ont constaté que le recuit quantique surpassait les techniques d’optimisation classique.
En outre, les variations plus complexes des problèmes d’ordonnancement, qui impliquent des fonctions objectives ou des contraintes plus complexes, s’alignent naturellement sur les capacités d’un recuit quantique. Enfin, les chercheurs suggèrent que les résultats peuvent être intégrés dans les techniques informatiques classiques, combinant ainsi les forces des deux approches. Ces derniers sujets font partie des recherches en cours de l’équipe.
Applications pratiques et orientations futures
Les chercheurs pensent donc que le recuit est très prometteur pour l’ordonnancement des projets, en particulier dans les scénarios où les contraintes de temps sont critiques. Par exemple, lorsque des délais entrent en jeu ou que les budgets des projets doivent être révisés rapidement.
Cependant, ils ont également constaté que le recuit devait encore relever certains défis, notamment l’amélioration de l’intégration des problèmes et de la connectivité des qubits.
Malgré ces difficultés, les chercheurs pensent que des améliorations supplémentaires, telles que l’adaptation de la manière dont la technologie est programmée, pourraient débloquer un potentiel encore plus important.
L’étude suggère également plusieurs pistes d’exploration future, comme l’application du recuit quantique à des instances de programmation de projets plus vastes ou sa combinaison avec d’autres techniques d’informatique quantique telles que les algorithmes d’optimisation approximative quantique (QAOA). En outre, d’autres technologies quantiques telles que les systèmes d’atomes neutres pourraient également améliorer les performances des outils de gestion de projets quantiques.
Pour en savoir plus, consultez cet article publié dans la revue Scientific Reports (Nature Publishing) Solving the resource constrained project scheduling problem with quantum annealing | Scientific Reports (nature.com)
Image d’accompagnement : Istock – crédit bpawesome
Contributeurs
Luis Fernando PEREZ ARMAS
Operations Management, Operations Research, Project Management
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