파스칼과 탈레스를 통한 위성 스케줄링의 혁신
탈레스는 세 가지 영역에서 첨단 기술을 선도하는 글로벌 기업입니다: 방위, 항공우주, 사이버 및 디지털 분야의 글로벌 리더로서 68개국 이상에서 81,000명 이상의 직원이 근무하고 있습니다. 항공 교통 관제, 항공 전자 공학 및 위성 기술을 포함한 첨단 시스템으로 유명합니다. 탈레스 그룹은 연간 약 40억 유로를 R&D에 투자하고 있습니다. 탈레스 내 연구 및 기술(TRT) 부서는 AI 및 양자 컴퓨팅과 같은 최첨단 솔루션에 중점을 두고 혁신을 주도하고 있습니다. 양자 이니셔티브를 이끄는 양자 알고리즘 및 컴퓨팅 부문 리더인 프레데릭 바르바레스코는 탈레스의 다양한 포트폴리오에서 미션 크리티컬 양자 솔루션을 개발하는 노력을 감독하고 있습니다.
점점 더 복잡해지는 현대 위성 별자리의 문제 해결
위성 별자리가몇 개에서수백, 수천 개로 빠르게 진화하면서임무 계획과 스케줄링이 매우 복잡해졌습니다. 기존의 알고리즘은 긴급한 관측 요청의 우선순위를 정하고 임무 유연성을 유지하면서 배터리 충전, 지상국으로 데이터 덤핑, cloud 커버리지 회피와 같은 작업에 필요한 조합 최적화를 처리하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 이러한 제약 조건은 위성 수가 증가함에 따라 기하급수적으로 어려워집니다.
탈레스는 기존 접근 방식의 한계를 인식하고 혁신적인 솔루션으로 양자 컴퓨팅을 선택했습니다. 탈레스는 파스칼과 협력하여 최대 독립 집합(MIS)과 같은 복잡한 문제를 인코딩하고 해결하는 데 특히 적합한 파스칼의 중성 원자 양자 프로세서를 활용하여 임무 계획을 재정의했습니다. 이 파트너십을 통해 차세대 위성군의 수요를 충족하는 솔루션을 확장할 수 있는 발판을 마련했습니다.
탈레스의 양자 연구는 프랑스, 영국, 캐나다, 싱가포르의 엔지니어와 연구원으로 구성된 다분야 팀이 주도하고 있습니다. 이 팀은 스케줄링 알고리즘, 운영 계획, 고급 컴퓨팅 분야에서 수십 년간 쌓아온 경험을 활용합니다. 탈레스는 파스칼의 기술 전문가들과 긴밀히 협력하여 운영상의 난제를 양자 알고리즘으로 해결할 수 있는 문제로 전환하는 데 주력했으며, 특히 파스칼의 고유한 중립 원자 기술을 활용했습니다.
탈레스와 파스칼은 협업을 통해 위성 스케줄링 문제를 파스칼의 중립 원자 프로세서에 적합한 계산 과제인 최대 독립 집합(MIS) 문제로 모델링했습니다. 연구팀은 PAck Quantique Île-de-France의 자금 지원을 받아 Pasqal의 에뮬레이터와 초기 단계의 양자 컴퓨터에서 알고리즘을 공동 개발하고 테스트했습니다. 이 접근 방식은 복잡한 제약 조건 하에서 위성 위치 및 리소스 할당 최적화를 위한 양자 중심 접근 방식( )으로 스케줄링 유연성과 반응 시간을 개선하는 것을 목표로 합니다. 이 사용 사례는 알고리즘의 확장성을 더욱 발전시키기 위해 유럽우주국의 QC4EO(지구 관측을 위한 양자 컴퓨팅) 이니셔티브를 위해 탈레스 알레니아 스페이스가 확인한 네 가지 사례 중 하나입니다.
산업을 뛰어넘는 혜택
양자 강화 스케줄링 솔루션은 통신부터 방위 및 환경 모니터링에 이르기까지 위성 기술에 의존하는 산업에 혁신적인 잠재력을 가지고 있습니다. 보다 효율적인 위성 구성은 임무 계획을 최적화하고 운영 비용을 절감하며 긴급한 작업에 대한 응답 시간을 단축할 수 있습니다. 예를 들어, 실시간 일정 조정 기능은 OODA 루프(관찰, 오리엔테이션, 결정, 행동)를 획기적으로 가속화할 수 있습니다.
탈레스는 지구 관측 위성을 활용하여 기후 온난화의 주요 원인인 항공기가 남긴 구름 같은 흔적인 cloud 비롯한 환경 영향을 모니터링하고 있습니다. 탈레스는 양자 강화 알고리즘으로 위성 관측을 최적화함으로써 기후 변화를 줄이기 위한 노력을 지원하는 것을 목표로 합니다.
탈레스와 파스칼의 협업은 큰 시너지 효과를 발휘했습니다. 파스칼은 기술 전문 지식, 에뮬레이터, 하드웨어를 제공했고 탈레스는 양자 접근법을 검증하기 위해 도메인 지식과 고전적 알고리즘 벤치마크를 제공했습니다. 두 팀은 함께 문제를 공식화하고 알고리즘을 최적화했으며 주요 업계 행사에서 연구 결과를 발표했습니다. 이 파트너십은 또한 파스칼 기술의 적응성을 강조하여 탈레스가 양자 하드웨어의 발전과 함께 솔루션을 확장할 수 있도록 했습니다.
미래의 표준 설정
탈레스는 양자 컴퓨팅이 위성 별자리 임무 계획을 혁신할 수 있는 잠재력을 낙관적으로 보고 있습니다. 향후에는 솔루션을 많은 수의 위성으로 확장하고 에너지 최적화 및 실시간 일정 조정과 같은 더 많은 제약 조건을 알고리즘에 통합하는 것을 목표로 하고 있습니다. 또한 파스칼 및 기타 파트너와 협력하여 양자 알고리즘을 검증하고 인증하는 도구를 개발하여 엄격한 업계 표준을 충족할 수 있도록 하고 있습니다. 탈레스는 운영 배포를 향한 명확한 로드맵을 통해 양자 컴퓨팅이 미션 크리티컬 기술의 초석이 되어 더 빠르고 효율적이며 안전한 위성 운영을 가능하게 할 것으로 기대하고 있습니다.
