ترکیب محاسبات کوانتومی و کلاسیک برای بهبود حرکت رباتهای پیشرفته
عنوان خبر: ترکیب محاسبات کوانتومی و کلاسیک برای بهبود حرکت رباتهای پیشرفته
ژانر/موضوع: رباتیک، محاسبات کوانتومی
تاریخ انتشار خبر: 13 آگوست 2025
لینک خبر: The Quantum Insider
چکیده:
پژوهشگران یک روش ترکیبی کوانتومی–کلاسیک برای تسریع حل سینماتیک معکوس در رباتیک توسعه دادهاند؛ جایی که زاویههای مفصلها برای رسیدن به موقعیت هدف محاسبه میشود. در این روش، مفاصل ربات به کیوبیتها نگاشت میشوند، گیتهای چرخشی برای شبیهسازی حرکت مفصل و گیتهای درهمتنیدگی برای ثبت وابستگیهای مکانیکی بین لینکها به کار میروند. این مرحله کوانتومیِ سینماتیک مستقیم به یک بهینهساز کلاسیک داده شده و تعداد تکرارهای لازم برای همگرایی را کاهش میدهد. در شبیهسازیها، مدارهای درهمتنیده تنها در هشت تکرار به دقت بالا رسیدند و از هردو روش کوانتومی بدون درهمتنیدگی و کلاسیک بهتر عمل کردند. آزمایش روی یک رایانه کوانتومی ابررسانای ۶۴ کیوبیتی نیز با وجود نویز، کاهش خطای موقعیتی تا ۴۳٪ را نشان داد. این کار نشان میدهد که مدارهای کوانتومی میتوانند برنامهریزی حرکت به صورت آنی را برای رباتهای پیچیده در تولید، جراحی و اکتشاف بهبود بخشند.
شرح کامل خبر:
پژوهشگران مؤسسه فناوری شیبائورا، دانشگاه واسِدا و شرکت فوجیتسو یک الگوریتم هیبریدی کوانتومی–کلاسیک توسعه دادهاند که میتواند یکی از پرهزینهترین چالشهای محاسباتی در رباتیک، یعنی حل سینماتیک معکوس (Inverse Kinematics – IK) را تسریع کند. در مسئله سینماتیک معکوس، هدف یافتن زاویههای مفاصل لازم است تا end-effector (انتهای بازوی ربات) به موقعیت هدف برسد. این مسئله بهویژه در رباتهایی با درجات آزادی (DOF) زیاد بسیار پیچیده است، زیرا پیکربندیهای مفصلی متعددی میتوانند به یک موقعیت منجر شوند و الگوریتمهای کلاسیک برای جستجو در این فضای بزرگ و حل بهینهسازی تکرارشونده، زمانبر هستند.
نوآوری این تیم در نگاشت مستقیم مفاصل ربات به کیوبیتهاست، بهگونهای که از ماهیت هندسی حالتهای کوانتومی روی کره بلاخ برای نمایش جهتگیری مفصلها استفاده میشود. هر لینک ربات با یک کیوبیت مدل میشود و گیتهای چرخشی RX، RY و RZ شبیهساز چرخش حول محورهای X، Y و Z (معادل غلطش، پیچش و انحراف) هستند. بخش کلیدی کار، معرفی گیتهای درهمتنیدگی دوکیوبیتی (RXX، RYY، RZZ) میان لینکهای مجاور است که وابستگی مکانیکی بین حرکت مفصل والد و فرزند را بازتاب میدهد. این مرحله «سینماتیک مستقیم» کوانتومی سپس به یک بهینهساز کلاسیک داده میشود تا زاویهها بهطور تکراری تنظیم شوند تا موقعیت هدف حاصل گردد.
در شبیهسازی بازویی دو لینکی با شش DOF، مدار کوانتومی درهمتنیده بسیار سریعتر از مدار بدون درهمتنیدگی و روشهای کلاسیک همگرا شد. بهعنوان مثال، نسخه بدون درهمتنیدگی پس از ۳۰ تکرار هنوز خطایی حدود ۰٫۵ متر داشت، در حالی که نسخه درهمتنیده در تنها ۸ تکرار به دقت بالا رسید. آزمایش روی شبیهساز mpiQulacs فوجیتسو نیز بهبود یکنواخت در همه محورها را تأیید کرد.
این روش همچنین روی یک رایانه کوانتومی ابررسانای ۶۴ کیوبیتی در مرکز همکاری RIKEN RQC–Fujitsu آزمایش شد. با وجود کاهش دقت بهدلیل نویز سختافزار، مدار درهمتنیده همچنان خطای موقعیتی را ۴۳٪ کمتر از نسخه بدون درهمتنیدگی کرد و قابلیت اجرا بر روی دستگاههای کوانتومی با مقیاس متوسط نویز امروزی (NISQ) را نشان داد.
این رویکرد نوعی «برتری ساختاری» کوانتومی را به نمایش میگذارد: کدگذاری وابستگیهای مکانیکی مستقیماً در حالتهای کوانتومی، به جای مدلسازی مسئله بهصورت یک بهینهسازی انتزاعی. اگرچه این دستاورد در حال حاضر به مفاصل چرخشی و مدلسازی یکسویه محدود است و همچنان تحتتأثیر نویز کوانتومی قرار دارد، اما ارتقاءهای آینده — مانند استفاده از تبدیل فوریه کوانتومی برای کدگذاری زوایا، موازیسازی پردازش و بهرهگیری از شمار بیشتر کیوبیتها — میتواند امکان برنامهریزی حرکت انی و با دقت بالا را برای رباتهای پیچیده، از بازوهای صنعتی تا رباتهای انساننما، فراهم کند.
منابع:
[1] https://thequantuminsider.com/2025/08/13/qubit-meet-robot-quantum-circuits-could-speed-up-robotic-arm-calculations-especially-for-complex-movements/
[2] https://www.nature.com/articles/s41598-025-12109-0
دیدگاه خود را درباره این خبر با ما به اشتراک بگذارید.
