바카라 게임와 오사카대학교 양자정보 및 양자생명 연구센터가 새로운 양자 알고리즘 'FQAOA' 개발
~환경 영향을 줄이기 위한 첫 번째 단계로 전력 수요에 대한 자원 할당을 최적화하여 계산 정확도를 약 10배 향상하는 데 성공했습니다~

2025년 5월 7일

바카라 게임 Inc(본사: 도쿄도 신주쿠구, 사장: 오카모토 야스시, 이하 바카라 게임), 바카라 게임 Intec 그룹 계열사, 국립 대학 법인 오사카 대학 양자 정보 및 양자 생명 연구 센터(소재지: 오사카부 도요나카시, 센터 소장: 키타가와 카츠히로, 이하 오사카 대학)는 조합 최적화 문제를 연구하고 있습니다^{(참고 1)}에 대한 새로운 바카라 게임 알고리즘인 'Fermionic Quantum Approximation Optimization Algorithm'(이하 'FQAOA'')을 공동 개발하고, 이를 전력수요 포트폴리오 최적화 문제에 적용한 결과를 제시할 예정이다
“FQAOA”는 기존 바카라 게임 최적화 알고리즘 “XY-QAOA”입니다^{(참고 2)}과 비교하여 전력수요에 대한 자원배분 최적화로 계산정확도를 약 10배 향상시키는 데 성공했습니다 이번 연구 결과는 바카라 게임컴퓨팅 분야 최고 학회인 IEEE Quantum Week 2024에서 구두와 논문으로 발표돼 바카라 게임컴퓨팅의 현실 문제 적용 가능성을 확대하며 국내외적으로 큰 관심을 끌었다 FQAOA 기술은 바카라 게임 최적화 기술의 사회적 구현을 ​​향한 중요한 한 걸음이 될 것이며, 향후 금융, 에너지, 헬스케어 등 폭넓은 산업의 최적화에 기여할 것으로 기대된다

에너지자원 집합사업에 “FQAOA” 적용

배경

재생에너지가 확산되면서 전통적인 대규모 발전소의 중앙 집중식 공급에서 분산 에너지 자원을 활용하는 모델로 전환되고 있습니다 이와 함께 분산된 자원을 묶어 수급을 조절하는 자원집합사업이 주목받고 있다 이 분야에서는 가상발전소(VPP)를 건설하고 수급 균형을 최적화하는 '집합 코디네이터'와 수요 억제를 통해 원하는 전력량을 공급하는 '자원 집적자'라는 두 행위자가 중요한 역할을 한다
특히 자원 수집자는 여러 소비자가 제공하는 수요 억제 금액을 적절하게 결합하여 변동성이 큰 환경에서도 안정적인 전력 조달을 달성해야 합니다 바카라 게임최적화 알고리즘의 도입은 이러한 자원집합사업에서 전력수요 포트폴리오 최적화에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다
그러나 조달 물량 확보와 안정성 달성이 모두 요구되는 이 문제에 대해서는 기존의 바카라 게임 최적화 알고리즘 "XY-QAOA"를 사용하여 조달 계획을 충족하기 어렵고, 계산 정확도의 한계로 인해 실제 수요 억제량과 예상 전력량 사이에 불일치가 발생한다는 문제가 있었습니다
따라서 바카라 게임와 오사카 대학은 공동 개발한 알고리즘 "FQAOA"를 개선하여 전력 수요 포트폴리오 최적화 문제에 적용했습니다 이번 'FQAOA'는 조달 희망 금액에 맞춰 수요억제량을 집계하는 밸런스 조건을 적절히 고려한 새로운 최적화 접근법을 채용해 기존 방식에 비해 계산 정확도를 대폭 향상시켰다

연구개발 내용 및 결과

``FQAOA''는 최신 양자 기술에 관한 광범위한 정보 공유와 전문적인 토론을 통해 바카라 게임와 오사카 대학 간의 공동 연구를 통해 개발되었습니다 이 연구에서는 페르미온^{(참고 3)}의 행동을 설명하는 이론을 적용했습니다 바카라 게임 회로를 개선합니다 특히 Hartree-Fock 근사법은 페르미온 간의 상호작용을 대략적으로 처리하는 방법입니다^{(참고 4)}를 통합하여 계산 정확도를 향상시켰습니다
이 알고리즘 평가에서 우리는 20명의 소비자를 대상으로 24시간을 3시간 단위로 나눈 각 기간에 대해 원하는 전력량을 조달할 수 있도록 소비자 조합을 최적화했습니다 또한, 바카라 게임 회로의 '근사 레벨 0'(가장 단순화된 상태)을 포함한 다중 근사 레벨에서 'FQAOA'와 기존 방식인 'XY-QAOA'의 비교 검증을 진행하고 있다 여기서 '근사수준'은 일련의 QAOA 방식에서 사용되는 바카라 게임회로의 깊이를 나타내는 지표로, 값이 높을수록 더 정확한 해를 얻을 수 있다
이 알고리즘을 사용 사례에 적용하여 얻은 구체적인 효과는 다음과 같습니다

1 계산 정확도가 약 10배 향상되었습니다
기존 방법을 사용하면 최적 솔루션의 오류가 276%에 도달했습니다 특히 근사 수준이 0일 때, "FQAOA"를 도입하면 해당 오류가 25%로 개선되었습니다(그림 1에서 강조 표시)
게다가 "FQAOA"의 오류는 모든 근사 수준에서 기존 방법보다 지속적으로 작습니다 이러한 정확도 향상으로 인해 최적화 프로세스가 획기적으로 간소화되었으며 계산 결과의 신뢰성이 크게 향상되었습니다

(그림 1) “FQAOA”로 계산 정확도가 크게 향상되었습니다

2 수요 억제량 예측 성능 향상
계산 결과(근사 레벨 10의 출력)에서 전 시간대 목표 조달 전력이 1kWh~2kWh일 때 18시부터 21시까지 기존 방식으로 얻은 전력량은 223±0858kWh인 반면, "FQAOA"를 사용할 경우에는 157±0604로 가능해졌습니다 kWh 형태로 더 높은 정밀도로 전기를 조달합니다(그림 2에 강조 표시됨) 이를 통해 조달예상량과 실제 수요억제량의 차이를 줄여 안정적인 전력수급에 기여할 것으로 기대된다

(그림 2) “FQAOA”에 의한 수요억제량의 고정밀 예측

미래에 대하여

양자 최적화 알고리즘은 에너지 분야의 에너지 효율 향상뿐만 아니라 환경에 미치는 영향을 줄이는데도 적용될 것으로 기대됩니다 "FQAOA" 시연은 이러한 알고리즘이 실제 문제에 효과적이며 가능성을 더욱 확장한다는 것을 보여줍니다 우리는 사회적 구현이 가능하다고 믿습니다 앞으로도 바카라 게임의 에너지 사업과의 협업 가능성을 염두에 두고 'FQAOA'를 포함한 양자 최적화 알고리즘의 유효성을 지속적으로 검증해 나갈 예정이다
전력 분야뿐만 아니라 다양한 산업의 최적화 문제에도 적용할 수 있습니다 예를 들어 금융 분야의 포트폴리오 최적화에서는 계산을 간소화하여 위험과 수익의 균형을 최적으로 맞추고, 기존 바카라 게임 알고리즘으로는 처리할 수 없는 복잡한 문제도 처리할 수 있습니다 특히, 바카라 게임컴퓨터 하드웨어가 발전하고 대규모 문제에의 적용이 현실화됨에 따라 에너지 산업에서도 더욱 대규모 최적화가 현실화될 것으로 예상되며, 이는 지속가능한 에너지 사회 실현에 크게 기여하는 중요한 단계가 될 것입니다
바카라 게임와 오사카 대학교는 이전의 노력에 더해 계속해서 새로운 양자 최적화 알고리즘을 개발하고 특정 사용 사례에 대한 적용을 촉진할 것입니다 이를 통해 실제 운영에서의 효율성을 확인하고 보다 광범위한 구현을 위한 기반을 구축할 수 있습니다 또한 개념 증명(PoC)을 통해 기술의 실제 적용 가능성을 입증하고 지속 가능한 에너지 제공을 위한 구체적인 조치를 취할 것입니다

논문 정보

저널 이름: 2024 IEEE 바카라 게임 컴퓨팅 및 엔지니어링 국제 컨퍼런스(QCE)
제목: 일관된 로컬 필드 변조를 사용하는 Fermionic QAOA를 통한 전력 수요 포트폴리오 최적화
저자 이름: 요시오카 타쿠야, 사사다 케이타, 나카노 유이치로, 후지이 케이스케
DOI:101109/QCE60285202400061
URL:https://ieeexploreieeeorg/abstract/document/10821328

용어집

(참고 1): 조합 최적화 문제
문제는 수많은 옵션 중에서 주어진 조건에서 최상의 조합을 찾는 것입니다 예를 들어 제한된 자원을 어떻게 가장 효율적으로 분배할지 고민할 때 사용됩니다
(참고 2): "XY-QAOA"
바카라 게임 컴퓨터를 사용하여 조합 최적화 문제를 해결하는 'QAOA(Quantum Approximate Optimization Algorithm)' 알고리즘의 일종으로, 큐비트 간의 상호 작용(XY형 상호 작용)을 기반으로 특별히 설계된 방법입니다 해의 정확도와 계산 효율성을 향상시키는 것을 목표로 연구가 진행되고 있습니다
(참고 3):페르미온
바카라 게임역학에서는 파울리 배제 원리를 따르는 입자를 말하며, 이러한 입자는 동일한 바카라 게임 상태를 차지할 수 없습니다 FQAOA에서는 페르미온의 상태를 큐비트(qubit)로 표현하며, 입자의 유무는 각각 1과 0에 해당한다 이 속성은 조합 최적화 문제에서 넓은 검색 공간을 효율적으로 검색하는 데 중요한 역할을 합니다
(참고 4): Hartree-Fock 근사
분자 내 전자의 상호 작용을 대략적으로 처리하는 바카라 게임 화학 및 응집 물질 물리학의 계산 방법입니다 이 근사치는 각 전자가 다른 전자로부터 받는 평균 영향을 고려하고 복잡한 상호 작용을 단순화하여 계산 효율성을 향상시킵니다 전자의 상호작용을 정밀하게 풀기가 어려울 때 특히 유용한 방법으로, 바카라 게임 알고리즘 개발에 활용이 진행되고 있다

바카라 게임 Corporation 요시오카 타쿠야 과장의 코멘트

새롭게 개발된 "FQAOA"는 실제 사용 사례인 전력 수요 포트폴리오 최적화에 바카라 게임 알고리즘을 적용한 결과입니다 기존 방식의 문제점이었던 예측의 안정성과 조달물량의 일관성을 모두 확보해 바카라 게임기술의 실용가치를 입증할 수 있었다 앞으로도 우리는 에너지 분야를 포함한 다양한 최적화 과제에 대한 바카라 게임 알고리즘의 가능성을 계속 확장하고 싶습니다

오사카대학 공학대학원 후지이 케이스케 교수의 코멘트

바카라 게임화학 계산, 물성 계산 등 전자 상태 시뮬레이션에 사용되는 페르미온을 이용하여 공식화함으로써 제한된 최적화 문제를 '전자 수의 보존''으로 자연스럽게 접목시킬 수 있는 흥미로운 제안입니다 실제 규모의 문제에의 적용과 기존 방법에 대한 우월성에 관해서는 아직 해결해야 할 문제가 많지만, 바카라 게임 알고리즘의 통합 개발에 주목하고 싶습니다 최적화 및 전자 상태 계산 분야

특별 참고사항

이 연구 개발은 일본 과학기술청(JST) 공동 창작 플랫폼 지원 프로그램(COI-NEXT) "바카라 게임 소프트웨어 연구 센터(주 연구원: 기타가와 카츠히로)"(지원 번호 JPMJPF2014), 문부과학성 광학 바카라 게임 도약 플래그십 프로그램(Q-LEAP)에 의해 수행되었습니다 "지능형 바카라 게임 설계를 통한 바카라 게임 소프트웨어 연구, 개발 및 응용"(문제 번호: JPMXS0120319794)

공동연구위원

바카라 게임(주)
기술혁신본부 전략기술센터
기술 전문가 사사다 케이타
과장 요시오카 타쿠야
국립대학법인 오사카대학
공학대학원
후지이 케이스케 교수 (바카라 게임정보 및 바카라 게임생명 연구센터 겸직)
박사과정 대학원생 나카노 유이치로

바카라 게임(주) 소개 (https://wwwtiscojp/）

바카라 게임 인텍그룹의 바카라 게임는 금융, 산업, 공공, 유통 서비스 분야 등 다양한 산업 분야의 3,000개 이상의 기업과 비즈니스 파트너로 활동하고 있으며, 고객의 모든 경영 문제를 해결하여 "성장 전략을 지원하는 IT"를 제공합니다 50년 이상 쌓아온 산업 지식과 IT 구축 역량을 활용하여 일본 및 ASEAN 지역의 사회 및 고객과 함께 공생하는 IT 서비스를 제공함으로써 풍요로운 사회를 실현하는 것을 목표로 합니다

국립대학법인 오사카대학 소개(https://wwwosaka-uacjp ）

오사카대학은 오사카 정계와 재계, 오사카부 시민의 강력한 요구에 부응하여 1931년 제국대학 중 하나로 설립되었습니다 그 정신적 뿌리는 에도 시대의 교육 기관이었던 카이토쿠도와 데키주쿠에서 찾을 수 있습니다 2007년에는 오사카외국어대학과 합병하여 외국어학부를 갖춘 종합대학으로 거듭났습니다 인문사회과학부, 의학부, 치의학부, 약학부, 이공학부 11개 학부, 이공학부 15개 대학원, 6개 부속 연구기관을 갖춘 일본 굴지의 종합 연구 대학 중 하나입니다
2031년에 창립 100주년을 맞이하는 오사카대학은 '지역적으로 살고 세계적으로 성장한다'를 모토로 삼고 있습니다 사회와의 공동 창조를 통해 지역사회에서 세계에 이르기까지 다양한 문제를 과감히 받아들이고 해결함으로써 '삶의 목적을 키우는 사회'를 실현해 나가겠습니다

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