Dwave量子模拟器qbsolv安装使用

本文参阅dwave官方使用手册
可参阅GitHub开源

1.背景

就当前的量子计算机技术水平来讲，要正确使用它还是需要极高的专业知识才可以，这就会是大多数普通人望而却步。为解决此问题，D-Wave发布了一款名为Qbsolv的软件，开发人员借助它可以在无需掌握相关量子物理知识的情况下为D-Wave的量子计算机编写程序。
D-ware量子计算机公司官网
Qbsolv目前是一款开源软件，D-Wave希望围绕这个平台建立量子计算的开源社区/生态系统。但由于D-Wave与众不同的算法与传统量子计算机和经典计算机都不一样，所以Qbsolv写的程序目前只能在D-Wave的机器上跑。类似的还有D-Wave资助开发的Qmasm.

2.安装qbsolv

python

若想通过python调用，在linux系统中可直接通过以下命令安装

pip install dwave-qbsolv

若无法安装，可直接从源下载再安装

pip install -r python/requirements.txt
pip install cython==0.27
python setup.py install

（上述方法前两步可通过直接下载GitHub中的qbsolv文件包，再运行第三条命令）
无法下载时可更换pip源
pip源的选择
很多时候，比如网络不给力，连接超时、防火墙阻挡等等各种原因，我们可能无法从Python官方的PyPi仓库进行pip安装，这时候可以选择国内的第三方源，推荐使用豆瓣源，速度不错。
使用方法：
pip install -i https://pypi.doubanio.com/simple/ --trusted-host pypi.doubanio.com pillow
需要注意的是，除了最后的pillow用你所期望的库名替代外，前面的参数都是固定写法，包括参数顺序。

C编译

在qbsolv的目录下进行以下操作

mkdir build; cd build
cmake ..    否则这一步无法make，报错缺少cmakelists.txt
make -j20

要构建命令行界面，请打开cmake选项QBSOLV_BUILD_CMD。cmake的命令行选项是-DQBSOLV_BUILD_CMD = ON。要构建测试，请打开cmake选项QBSOLV_BUILD_TESTS。cmake的命令行选项为-DQBSOLV_BUILD_TESTS = ON。

此时可通过ls显示当前目录

其中绿色的便是可执行文件

3.命令行用法

qbsolv -i infile [-o outfile] [-m] [-T] [-n] [-S SubMatrix] [-w]
[-h] [-a algorithm] [-v verbosityLevel] [-V] [-q] [-t seconds]
qbsolv执行文件中表示的二次无约束二进制优化QUBO)问题。它返回比特向量结果，该结果最小化或者可选地最大化由曲波表示的目标函数值。问题由QUBO(5)文件格式表示
QUBO输入问题并不受图的大小或采样器的连通性的限制。
Options
-i infile：输入QUBO的文件名，这个选项是强制性的
-o outfile:可选的输出的文件名，默认是标准输出
-a algorithm：外部循环算法的可选选项，默认为 o， ‘o’是原始qbsolve方法，基于能量变化的子矩阵。‘p’表示重新链接路径。基于解的差异的子矩阵。
-m：表示最优化找最大值而不是最小值的可选选项
-T target：目标函数的可选目标参数值，当到达此值则停止
-t timeout：可选超时值，当CPU时间大于等于该时间时停止执行，超时时间仅在主循环完成后检查，其他暂停值如 ‘target’ ‘repeats’都在timeout之前，默认值是2592000.0
-n repeats：算法主循环重复的可选次数，若在停止前发现最优值则没有变化。默认为50
-S subproblemSize：QUBO剖分为子问题的大小，若没有-S 0 或-S出现，使用在DW设置的工作空间中找到的嵌入文件中指定的大小。如果没有建立DW仓库环境，则默认值为47，并在子问题上使用禁忌tabu求解器。如果指定了一个值，基于该大小的子问题将使用禁忌求解器进行求解。
-w ：若出现，则QUBO矩阵和结果打印为.csv格式
-h：若出现，打印help或qbsolv使用方法，并不执行退出
-v verbosityLevel：输出详细程度的可选设置。默认的verbosityLevel为0，输出解中的位数、解和解的能量。VerbosiTypeLevel 1将为可能找到的多个解输出同0相同的信息。verbosityLevel 2还会在算法的每一步输出更详细的信息。详细程度直到4级时。
-V：若出现，输出版本号
-q：若出现，输出QUBO文件的格式
-r seed ：使用-r重置随机数生成器的种子
qbsolv QUBO输入文件的格式
.qubo文件包含描述无约束二次二进制优化问题的数据。它是一个由四种类型的行组成的ASCII文件:
1.第一列由c定义的语句为注释
2.第一列中由“p”定义的程序行。单个程序行必须是文件中的第一个非注释行。程序行有六个由空格分隔的必填字段，如下例所示:
p qubo topology maxNodes nNodes nCouplers
p 问题行标志
qubo 文件类型定义
topology 标识问题拓扑和特定问题类型的字符串。对于无约束问题，目标为“0”或“unconstrained”在未来的实现中，有效的字符串可能包括“chimera128”或“chimera512”(等等)。
maxNodes：topology中节点数目
nNodes：问题中的节点数，(nNodes <= maxNodes)每个点必须在{0-(maxNodes-1)}中有一个唯一的值，重复的节点号是不允许的。节点号不必是有序的，也不必是连续的。
nCouplers：问题中的耦合数，每一个耦合是两个节点间的唯一连接，耦合最大值是nNodes^2,重复的耦合是不允许的。
3.nNodes子句。每个子句由三个数字组成，由一个或多个空格分隔。前两个数字必须是整数，并且是该节点的数字(重复)。节点号必须在范围{0，(maxNodes-1)}内。第三个值是与节点关联的权重。权重可以是整数或浮点数，可以采用任何正值或负值，也可以设置为零。
4.nCouplers子句。每个子句由三个数字组成，用一个或多个空格隔开。前两个数字(I和j)是该耦合器的节点号，必须是不同的整数，其中(i < j)。每个数字都必须是nNodes有效节点数之一(因此在范围{0，(maxNodes-1)})。第三个值是与耦合器相关的强度。强度可以是整数或浮点数，可以是任何正值或负值，但不能是零。每个节点必须与至少一个其他节点连接(因此必须至少有一个耦合器与之连接)。

若直接在命令行输入qbsolv无法调用，可把相关可执行文件放到usr目录下，或直接在对应目录下运行

./qbsolv