概述

Kaiwu SDK

Kaiwu SDK是一套软件开发套件，专为基于相干光量子计算机的QUBO问题求解而设计。该套件致力于为开发者提供一个便捷的Python环境，以构建适用于相干光量子计算机的软件算法，并直接通过物理接口（目前支持Ising矩阵）调用量子计算机真机进行计算。

Kaiwu SDK目前包含以下核心模块：qubo、cim、ising、preprocess、classical、sampler、solver和utils。在典型应用场景中，用户首先利用qubo模块进行问题建模，随后借助solver模块对构建的QUBO模型进行高效求解。solver模块不仅负责管理QUBO模型的系数，还支持调用用户指定的optimizer对最终的Ising模型矩阵进行深度求解。

我们特别将Ising模型矩阵的求解功能定义为optimizer。其中，基于经典计算实现的optimizer，如SA、tabu等经典模拟求解器，均集成在classical模块中；而直接对接真机的optimizer则位于cim模块。此外，其他辅助模块提供了日志记录、降阶处理和降精度处理等实用功能，为用户提供全方位的支持。

典型的使用方式如下：

预备知识：

CIM

相干伊辛机(Coherent Ising Machine，简称CIM)，是目前玻色量子重点研发的一项量子计算机技术。CIM是一种基于简并光学参量振荡器(DOPO)的光量子计算机。在数学实践中，我们可以将其抽象为优化Ising模型的专用计算机。

Ising模型

伊辛模型(Ising Model)，是一类描述物质相变的随机过程模型。抽象为数学形式为：

其中为待求自旋变量，取值为， 为哈密顿量， 为二次项系数，和为线性项系数，是已知量。

QUBO

二次无约束二值优化问题(Quadratic unconstrained binary optimization，简称QUBO)，其数学形式如下：

其中为待求二进制变量, 取值为, 为目标函数, 为二次项系数, 是已知量. 写成线性代数的形式:

其中, 为二进制向量, 为QUBO矩阵, QUBO目标是找到使得最小或最大的, 即:

在Kaiwu SDK中，通过kw.qubo.details查看QUBO模型细节会显示offset和coefficients信息。其中offset表示QUBO模型中的常数项，与变量无关。coefficients表示QUBO模型中每个二值变量的系数取值，以及它们的交互项的系数取值。

CIM求解模型

CIM求解QUBO或优化Ising模型的过程就是，将QUBO中的或Ising模型中的输入CIM，CIM返回或的过程。