Kwantowe wyżarzanie kombinatorycznych problemów optymalizacyjnych

Adiabatyczne obliczenia kwantowe i algorytmy inspirowane fizyką, ze szczególnym uwzględnieniem procesora kwantowego D-Wave. Model Isinga i QUBO, kodowanie problemów (Max-Cut, kolorowanie grafów, TSP), symulowane wyżarzanie, symulowana bifurkacja, obliczenia na kartach graficznych.

Slajdy i skrypty (PDF)

Pliki otwierają się bezpośrednio w przeglądarce — nie trzeba niczego instalować ani zakładać konta.

Materiał	Stron	Rozmiar
Kwantowe wyżarzanie — komplet materiałów szkolenia w jednym pliku `01-kwantowe-wyzarzanie-komplet-materialow.pdf`	136	2,9 MB

Notatniki Jupyter z ćwiczeniami

Odnośnik „otwórz podgląd” prowadzi do gotowego podglądu notatnika wraz z wynikami obliczeń i wykresami — bez instalowania Pythona. Aby samodzielnie uruchomić kod, należy pobrać plik .ipynb (patrz „Jak uruchomić ćwiczenia” poniżej).

Dzień 1 — teoria: model Isinga, QUBO, twierdzenie adiabatyczne, D-Wave

katalog warsztaty/dzien-1

Notatnik	Podgląd	Plik	Komórek
Pozyskanie plików `00_Przygotowanie_srodowiska_pracy.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	33
Klasyczny model Isinga `01_Klasyczny_model_Isinga.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	17
Model QUBO `02_Model_QUBO.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	13
Kodowanie dyskretnych problemów optymalizacyjnych za pomocą QUBO / Isinga. `03_Przykłady_kodowania_problemow_QUBO_Ising.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	7
Algorytm wyczerpującego przeszukiwania `04_Algorytm_wyczerpującego_przeszukiwania.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	9
Gwarancja optymalności `05_Przegląd_algorytmow_hurystycznych.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	2
Kwantowy model Isinga `06_Kwantowy_model_Isinga.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	3
Twierdzenie adiabatyczne `07_Twierdzenie_adiabatyczne_i_wyzarzanie_kwantowe.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	8
Wyżarzacze kwantowe `08_D_Wave.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	5
Zadania dodatkowe niewymagające programowania `09_zadania_dodatkowe.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	1

Dzień 2 — praktyka: symulowane wyżarzanie, symulowana bifurkacja, GPU

katalog warsztaty/dzien-2

Notatnik	Podgląd	Plik	Komórek
Ocean Software `01_Praca_z_wyżarzaczami_kwantowymi.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	11
Algorytm symulowanego wyżarzania `02_Algorytm_symulowanego_wyżarzania.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	18
Algorytm symulowanej bifurkacji `03_Algorytm_symulowanej_bifurkacji.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	18
Wyżarzanie równoległe `04_Algorytm_wyżarzania_równoległego.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	14
Branch and Bound `05_Algorytm_heurystycznego_branch_and_bound.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	8
Wykorzystanie procesorów graficznych (GPU) w algorytmach heurystycznych `06_GPU.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	17

Pomiary wydajności algorytmów (wymagają dodatkowego środowiska: GPU, CuPy/PyTorch CUDA)

katalog warsztaty/dzien-2/benchmarks

Notatnik	Podgląd	Plik	Komórek
Generowanie danych dla benchmarków `obliczenia_dodatkowe_srodowisko.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	3
Generowanie danych dla benchmarków `obliczenia_podstawowe_srodowisko.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	4
Wyniki benchmarków `wyniki.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	9

Moduły pomocnicze, instancje testowe i wyprowadzenia rachunkowe

katalog warsztaty/pliki_pomocnicze

Notatnik	Podgląd	Plik	Komórek
Wyprowadzenie wzorów: `oscylator_harmoniczny_wyprowadzenie.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	3
Wyprowadzenie wzoru na różnicę energii `roznica_energii_wyprowadzenie.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	1
Problem podziału grafu `rozwiazania_wybranych_zadan_dodatkowych.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	4
Metoda Eulera `rozwiazywanie_rownan_rozniczkowych.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	14
Łagodne wprowadzenie do teorii grafów `wprowadzenie_do_teorii_grafow.ipynb`	otwórz podgląd	pobierz	13

Program szkolenia

Dokument	Rozmiar
Modul qa `plan/modul_qa.md`	2 kB
Podsumowanie `plan/podsumowanie.md`	1 kB

Przykładowe programy

Plik	Rozmiar
`warsztaty/dzien-1/setup.py`	1 kB
`warsztaty/dzien-2/setup.py`	1 kB
`warsztaty/dzien-2/benchmarks/benchmark_data.py`	4 kB
`warsztaty/dzien-2/benchmarks/benchmark_functions.py`	11 kB
`warsztaty/pliki_pomocnicze/__init__.py`	1 kB
`warsztaty/pliki_pomocnicze/funkcje_pomocnicze.py`	6 kB
`warsztaty/pliki_pomocnicze/funkcje_pomocnicze_gpu.py`	1 kB
`warsztaty/pliki_pomocnicze/generacja_instancji.py`	2 kB

Jak uruchomić ćwiczenia

Zainstaluj Pythona w wersji 3.10 lub nowszej (python.org).
Pobierz materiały bloku: przejdź do katalogu w repozytorium i użyj przycisku Code → Download ZIP (pobiera całe repozytorium) lub sklonuj je poleceniem git clone https://github.com/iitis/AkademiaSztukiKwantowej.git.
Zainstaluj wymagane pakiety: pip install -r materialy/04-kwantowe-wyzarzanie/warsztaty/requirements.txt
Uruchom notatniki: jupyter notebook — a następnie otwórz wybrany plik .ipynb.

Materiały źródłowe i historia prac

Komplet plików roboczych, z których powstały powyższe materiały (źródła LaTeX wraz z rysunkami, wersje robocze notatników, pełna historia zmian), pozostaje w gałęziach autorskich repozytorium: bg/quantum_annealing. Do korzystania z materiałów nie jest potrzebny dostęp do tych gałęzi.