【常见问题】2023年第十三届APMCM亚太地区大学生数学建模竞赛【分赛道】之 量子计算数学建模挑战赛

一、竞赛相关问题解答

1、为什么要举办本次量子计算挑战赛，这是什么类型的竞赛？

量子计算作为一种新型计算技术，具有指数倍超越经典算力极限的潜力。该技术已经在金融、通信、物流等多方向展开真机验证，量子计算尤其在解决“组合优化”问题上有明显优势。本次竞赛是应用于量子计算的数学建模竞赛，通过将问题转化为QUBO（二次无约束二值优化模型）模型，从而使用Kaiwu SDK（量子计算机工具包）转化为Ising模型进行求解。
 

2、量子计算竞赛难不难？什么人可以参加呢？

高校在校生均可参加，包含专科、本科、研究生、博士生及以上，只要具备基础Python编程和数学建模能力即可。对于量子计算建模来说，最重要的是学会QUBO模型和伊辛模型的相关知识，建议大家多去搜索相关文献。

3、“五岳杯”量子计算挑战赛的含金量如何？

答：量子计算挑战赛作为APMCM分赛道，与主赛道有相同的含金量，APMCM竞赛具有较高的国际影响力，在国内高校中是作为美赛热身赛、保研加分、综合测评加分、创新奖学金等评定竞赛之一。具体情况需要看学校认定，每个学校都不一样，亚太赛有些学校认定国赛可以保研加分，有些认定省赛，有些认定校赛。

4、复赛的远程答题是什么形式？赛题难度大么？

答：远程答题同样是规定时间内（8天）完成一篇竞赛建模论文。

5、比赛报名后，对QUBO模型及Kaiwu SDK不了解怎么办？

比赛报名后会赠送专属课程，在专属课程最后有专业的老师对比赛模型进行讲解。

专属课程：https://edu.saikr.com/my/course/752

二、专业技术类问题

1、QUBO模型和传统数学模型的差别是什么？

QUBO模型可以被量子计算机求解。

2、这次的数学建模软件有什么限制吗？

竞赛要求一定要建模QUBO模型，并且使用Kaiwu SDK求解，请尽快下载资料，提前准备好参赛。

资料下载地址：

https://ecloud.10086.cn/api/query/developer/user/home.html#match@matchDetails?id=c0466578cfeb4369905c9657614f71f5&utm_source=WUYUEBEI&_channel_track_key=dpPYo2aG

3、Kaiwu SDK是直接Python打开就可以用吗？为什么显示找不到模块？

答：需要看requirement文件，要创造虚拟环境，同时还要求配置Python3.8.10

4、对于x₁+x₂<=1这种约束，是可以直接转换成无约束问题的。但如果是x₁+x₂+...x_n<100这种问题，还有办法转化吗？

n个数的和如果是小于等于1，可以类似转化成无约束的形式，大致的意思就是，不会出现一对变量都为1。如果是小于100，应该没有简单的写法，只能加松弛变量转化成等式约束。（tutorial：https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1811/1811.11538.pdf）

5、目前在哪些场景，量子计算能碾压其他所有算法的？

比如金融，投资组合优化一类的问题，物流上路径规划，港口调度等一系列组合优化的问题都明显有加速优势，当然目前还需要探索更多场景，本次赛题也需要大家来进行深度思考。

6、可以解决不等式约束吗？要引入松弛变量超参，才能解决不等式约束吗，这个超参同个cross validation确定吗？

可以解决，通过引入松弛变量转化为等式。有的特殊情况，如x₁+x₂<=1，以及预先知道f(x)的大概取值可以通过其他方式表示。但是大多数情况只能添加松弛变量。 松弛变量是变量，并不是超参数，不需要cross validation。

7、如何在QUBO上取最大值？所有任务被完成的时间，是不是就是所有机器上执行时间的最大值？

首先多个不等式表达出makespan大于其他所有机器的执行时间。然后由于目标函数包含makespan，它自然就是会取最小的。这样可以表达出最小值。

8、在量子计算领域，如何利用量子比特的叠加和纠缠特性来解决经典计算中难以处理的问题？

将一个具体问题转化为可求解的数学模型，由于量子比特叠加的性质可以直接并行运算所有可能性，使得量子计算能够在某些情况下迅速解决经典计算中难以处理或耗费大量时间的问题。