量子ソフトウェア企業 Classiq Technologies と国営公益事業会社 Israel Natural Gas Lines Ltd. (INGL) は、天然ガスパイプライン輸送にハイブリッド量子古典最適化を適用する共同研究を発表しました。arXiv (arXiv:2609.00825) で公開された本研究では、非線形の水理学的・物理的制約下でパイプラインネットワーク全体のガススループットを最大化するQuantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) ワークフローを実証し、IonQ Forte-1 イオントラップ量子コンピュータ上での物理ハードウェア実行による検証を行いました。
天然ガス輸送の管理には、接合ノードでの質量保存、方向別フロー整合性、最小エンドポイント供給圧力を遵守しながら、顧客への供給量を最大化するノード圧力構成の最適化が必要です。非線形のPanhandle-B方程式に支配されるこの問題では、圧力割り当ての離散化による組合せ複雑性がネットワーク規模に応じて指数関数的に増大します（n量子ビットに離散化されたd個の決定ノードに対して2ᵈ状態空間）。ClassiqとINGLは、Panhandle-B流量指数（αPB = 0.51）の2次多項式近似を用いて、この問題をQuadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) モデルとして定式化しました。
このワークフローはClassiqのプラットフォームを使用して合成され、代表的な6ノード・5有向エッジのガス輸送ネットワークでテストされました。p = 30のQAOAレイヤーを用いたシミュレータベースのテストでは、アルゴリズムは最大スループットの有効動作点を正常に回復し、古典的な参照解と一致しました。短期ハードウェア実現可能性をテストするため、10量子ビットに削減した問題インスタンスがIonQ Forte-1 QPUで実行されました。注目すべきことに、ゲートノイズを制限するために浅いp = 2のQAOAレイヤー構成を使用したところ、QPUは連続的な古典最適解を1つの圧力離散化ステップ内で挟み込む物理的に有効な候補動作点を返しました。
| [ Classiq & INGL ガスネットワークQAOA実装ベンチマーク ] | ||
|---|---|---|
| 実行プロファイル | 回路深度と量子ビット割り当て | 最適化性能と精度 |
| 完全シミュレーションモデル(Classiqシミュレータ) | • 5つの決定ノード（d = 5）• ノードあたり3量子ビット（n = 3、8圧力レベル）• 15論理量子ビット（2¹⁵ = 32,768状態）• 深度: p = 30 QAOAレイヤー | • 最大スループットの有効動作点を回復• 古典的総当たり評価および水理シミュレーションに対して検証済み• 50〜60回の反復でCOBYLA収束 |
| QPUハードウェア実行(IonQ Forte-1) | • 2つの決定ノード（顧客圧力固定）• 6つの決定量子ビット + 4つの補助量子ビット• 合計10論理量子ビット• 超浅深度: p = 2 QAOAレイヤー | • 上位2件の有効なハードウェア結果: (qBVS1, qBVS2) = (5, 4) および (4, 3)• 解は連続的な古典最適解を挟み込んだ• SIMONE水理ソフトウェアとの互換性を検証 |
この研究は、SIMONE水理モデリングソフトウェアのような既存の工学ツールを置き換えるのではなく補完することを目的としており、工学グレードの検証のための有望な候補動作シナリオを特定する自動化されたグローバル検索エンジンとして機能します。この取り組みは、短期量子プロセッサが複雑なエネルギーネットワークや公益事業インフラ計画の課題に取り組むことができることを実証しています。
完全なプレスリリースはClassiq Insights こちら でご覧いただけます。技術プレプリントはarXiv（Gas Network QAOA）こちら でお読みいただけます。
2026年9月23日
