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Nikkei X-TECH_2021.9.3

Ising Machine으로 진정한 DX의 시작
도호쿠대, 쓰나미를 피하는 최적 피난 경로
인적 피해 최소의 답을 구하는 시간은 0.02초

도호쿠대학의 고바야시(小林) 교수 연구실 등은 해일 발생이 예측될 때 인적 피해를 최소로 하는 피난 경로를 양자 어닐링(Quantum Annealing, QA) 머신 등으로 구하는 연구를 진행하고 있다. 현재 답을 얻는 시간은 0.02초. 기존 방식과 결과가 다른 예도 있다고 한다.

2011년 3월 11일에 일어난 동일본대지진으로 큰 해일이 발생해 많은 인명 피해가 발생했다. 이를 교훈으로 해일 시뮬레이션 기술은 급속히 발전했다.

다만 그것만으로는 해일이 어떻게 올지 알아도 올바른 피난 방법을 바로 알 수 있는 것은 아니다. 모두가 같은 길을 이용해 차로 피난하게 되면 교통 체증으로 인해 벗어나지 못하는 일도 생길 수 있다. 도호쿠대학 대학원 정보과학연구과의 고바야시 교수 연구실은 이징 머신으로 조합 최적화 문제를 풀어 적절한 피난 경로를 탐색하는 연구를 추진하고 있다. 강화학습으로 구한 피난 경로와 비교함으로써 서로의 답을 검증하는 것도 목적이다.

-- 혼잡을 피해서 굳이 골목 선택? --
연구는 현재 진행형이다. 현시점에서는 난카이 트러프에서 큰 해일이 발생하는 것을 상정한 고치현 고치시 등에서의 피난 경로를 검증 중이다. 우선 강화학습으로 구한 피난 경로 후보를 바탕으로, ‘인적 피해가 최소한이 되는 경로’를 캐나다 D-Wave Systems의 양자 어닐링(QA) 머신 ‘D-Wave 2000Q’로 구했다. 구체적인 목적 함수는, 우선은 피난소까지의 최단 경로를 축으로 혼잡이나 정체가 적은 것, 그리고 해일 도달 시간 등도 고려한 것으로 할 방침이다.

조합 최적화 문제 이외의 계산이나 데이터 처리에는 도호쿠대학이 소유하고 있는 NEC의 벡터형 머신 ‘SX-Aurora’ 32 노드 256 코어판을 이용했다. 이 시스템은, 만일 일본의 어딘가에서 M7급 이상의 지진이 발생하면 최우선으로 해일의 시뮬레이션 등에 사용하도록 되어 있다고 한다.

QA가 답을 구하는 시간은 캐나다와의 통신 시간을 포함해도 0.02초로 짧다. 사실, QA 자체의 시간은 그 0.7%에 지나지 않으며, QUBO 행렬의 생성과 데이터 집약에 각각 40% 전후의 시간이 걸리고 있다고 한다.

현시점에서 얻은 QA의 답 중에는 최단 경로 또는 강화학습에서의 결과와 반드시 일치하지는 않는 경로도 있다. 그 이유에 대한 해석은 아직 완성되지 않았지만, 도로 정체를 피하기 위해 번화가를 굳이 선택하지 않았을 가능성은 있을 것 같다.

 -- 끝 --

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