論文の概要: QUAV: Quantum-Assisted Path Planning and Optimization for UAV Navigation with Obstacle Avoidance
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.21361v1
- Date: Fri, 29 Aug 2025 06:59:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-01 19:45:10.938031
- Title: QUAV: Quantum-Assisted Path Planning and Optimization for UAV Navigation with Obstacle Avoidance
- Title（参考訳）: QuaV: 障害物回避によるUAVナビゲーションのための量子支援経路計画と最適化
- Authors: Nouhaila Innan, Muhammad Kashif, Alberto Marchisio, Yung-Sze Gan, Frederic Barbaresco, Muhammad Shafique,
- Abstract要約: 本研究は量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)に基づく量子支援型UAV経路計画フレームワークであるQUIVを紹介する。
理論解析により, QuaV は最適化条件の下で, エッジ数に対する回路深さの線形スケーリングを実現することを示した。
その結果、QUIVは実現可能で効率的な軌道を生成し、将来のドローンナビゲーションシステムにおける量子アプローチの可能性を浮き彫りにしている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.048164304914359
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The growing demand for drone navigation in urban and restricted airspaces requires real-time path planning that is both safe and scalable. Classical methods often struggle with the computational load of high-dimensional optimization under dynamic constraints like obstacle avoidance and no-fly zones. This work introduces QUAV, a quantum-assisted UAV path planning framework based on the Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA), to the best of our knowledge, this is one of the first applications of QAOA for drone trajectory optimization. QUAV models pathfinding as a quantum optimization problem, allowing efficient exploration of multiple paths while incorporating obstacle constraints and geospatial accuracy through UTM coordinate transformation. A theoretical analysis shows that QUAV achieves linear scaling in circuit depth relative to the number of edges, under fixed optimization settings. Extensive simulations and a real-hardware implementation on IBM's ibm_kyiv backend validate its performance and robustness under noise. Despite hardware constraints, results demonstrate that QUAV generates feasible, efficient trajectories, highlighting the promise of quantum approaches for future drone navigation systems.
- Abstract（参考訳）: 都市部や制限空域でのドローンナビゲーションの需要が高まっているため、安全かつスケーラブルな経路計画が求められている。
古典的な手法は、障害物回避やノフライゾーンのような動的な制約の下で、高次元最適化の計算負荷に悩まされることが多い。
この研究は、量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)に基づく量子支援型UAV経路計画フレームワークであるQUIVを紹介し、我々の知る限り、これはドローン軌道最適化のためのQAOAの最初の応用の1つである。
QuaV はパスフィンディングを量子最適化問題としてモデル化し、UDM座標変換による障害物制約と地理空間精度を取り入れつつ、複数の経路の効率的な探索を可能にする。
理論解析により, QuaV は最適化条件の下で, エッジ数に対する回路深さの線形スケーリングを実現することを示した。
大規模なシミュレーションと、IBMのibm_kyivバックエンドの実際のハードウェア実装は、ノイズ下でのパフォーマンスと堅牢性を検証する。
ハードウェアの制約にもかかわらず、結果はQUIVが実現可能で効率的な軌道を生成することを示し、将来のドローンナビゲーションシステムにおける量子アプローチの可能性を浮き彫りにしている。
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