El equipo Azure Quantum de Microsoft ha trabajado con el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA para aplicar la computación cuántica a un problema de programación clásico.
La Red de Espacio Profundo (DSN) es una colección de grandes antenas, ubicadas en tres instalaciones equidistantes entre sí, aproximadamente 120 grados de longitud, en todo el mundo. El DSN es operado por el JPL, que también opera muchas de las misiones espaciales robóticas interplanetarias de la NASA.
Los equipos de operaciones de misiones espaciales utilizan el sistema de comando DSN para controlar las actividades de su nave espacial. Los comandos se envían a las sondas robóticas como archivos informáticos codificados que la nave ejecuta como una serie de acciones.
El DSN también adquiere, procesa, decodifica y distribuye datos de telemetría de ciencia e ingeniería transmitidos a la Tierra a través de señales de radio de naves espaciales mientras exploran los confines de nuestro sistema solar. También ofrece capacidades para respaldar las investigaciones científicas que investigan la naturaleza de los asteroides y el interior de los planetas y las lunas.
Sin embargo, a medida que la NASA lanza misiones más frecuentes y complejas al espacio, gestionar las comunicaciones con el creciente número de naves espaciales es cada vez más desafiante.
En una publicación de blog que describe el proyecto, Microsoft dijo que las solicitudes de programación para usar las antenas DSN de las misiones espaciales vienen con una gran cantidad de restricciones y requieren recursos informáticos intensivos. “Todas las misiones requieren acceso para la comunicación clave, lo que da como resultado varios cientos de solicitudes semanales cuando cada nave espacial es visible para la antena”, escribió Anita Ramanan, ingeniera sénior de software de Azure Quantum, en la publicación del blog.
Según Ramanan, la tarea de programación que enfrenta JPL es un problema multivariado. Dijo que el equipo tomó algoritmos de optimización inspirados en la tecnología cuántica de la investigación de Microsoft en computación cuántica y los ejecutó en una arquitectura informática clásica.
Al pensar en cómo resolver el problema usando una computadora cuántica, el equipo pudo desarrollar un algoritmo inspirado en la cuántica que podría ejecutarse en una arquitectura informática clásica. Al comienzo del proyecto, el equipo de Microsoft dijo que había registrado tiempos de ejecución de dos horas o más para producir un cronograma para el DSN.
Ramanan dijo que al aplicar algoritmos de optimización de inspiración cuántica con Azure Quantum, “pudimos reducir el tiempo de ejecución a 16 minutos, y una solución personalizada lo redujo a unos dos minutos”.
Agregó: “Los horarios que se producen en minutos en lugar de horas permiten que JPL cree muchos horarios candidatos y permite que la organización sea más ágil a medida que aumentan las misiones espaciales y las demandas”.