QBIQ: Kvantni reševalnik za težke binarne kvadratične probleme

Obdobje trajanja: od  1. 1. 2025 do 31. 12. 2027   

Koordinator projekta: Rudolfovo- Znanstveno in tehnološko središče Novo mesto

Konzorcijski partnerji: Institut »Jožef Stefan«; Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo; Xlab, d.o.o.

Vodja projekta na {Rudolfovem: prof. dr. Janez Povh (janez.povh@rudolfovo.eu)

Vsebinski opis projekta: 

Projekt se osredotoča na razvoj zmogljivega reševalnika za binarne kvadratične optimizacijske probleme s kvadratičnimi omejitvami (QBO), ki bo deloval na sodobni superračunalniški in kvantni infrastrukturi. Cilj je izboljšati učinkovitost algoritmov z nadgradnjo metode "razveji in omeji" (B&B), razširitvijo obstoječih rešitev za nove primere, uporabo kvantnih algoritmov za določanje mej ter integracijo kvantnih in klasičnih pristopov. Reševalnik bo temeljito testiran na superračunalnikih, povezan z obstoječimi kvantnimi platformami in prilagojen za specifične industrijske izzive podjetja XLAB, povezanimi s kriptografijo in avtomatizacijo. Projekt prinaša potencial za znanstveni in industrijski napredek na področju kvantnega in optimizacijskega računalništva.

Vrednost projekta: 400.000 EUR

Sestava projektne skupine s povezavami na podatke v sistemu SICRIS:

dr. Janez Povh, SICRIS št.: 22649

dr. Janez Žerovnik, SICRIS št.: 03430

dr. Roman Kužel, SICRIS št.: 60286

Omkar Bihani, SICRIS št.: 59360

dr. Leon Kos, SICRIS št. 12725

dr. Tadej Kanduč, SICRIS št. 32770

dr. Gregor Papa, SICRIS št. 18291

dr. Anton Biasizzo, SICRIS št. 11983

dr. Rok Žitko, SICRIS št. 23567

dr. Jaka Vodeb, SICRIS: https://cris.cobiss.net/ecris/si/sl/researcher/46682

dr. Daniel Vladušič, SICRIS št. 21305

dr. Matej Artač, SICRIS št. 21307

dr. Justin Činkelj, SICRIS št. 26224

Nejc Bat, SICRIS št. 51337

Faze projekta in opis njihove realizacije:

O1: Razviti visokozmogljiv točen reševalnik za QBO, ki bo presegel obstoječe točne reševalnike in učinkovito deloval na najsodobnejših superračunalnikih v EU.

O2: Razviti hibridni kvantno-klasični točen reševalnik za QBO, ki bo najzahtevnejše izračune preusmeril na razpoložljive kvantne računalnike (QC).

O3: Raziskati možnosti neposrednega reševanja problema QBO izključno s kvantnimi računalniki ter razviti konceptualni prototip povsem kvantnega reševalnika za QBO.

O4: Združiti kodo visokozmogljivega reševalnika, hibridnega reševalnika in kvantnega reševalnika v enoten reševalnik, imenovan QBIQ, ki bo sposoben natančno ali približno reševati primerke QBO. QBIQ bo imel uporabniški vmesnik, ki bo služil kot osrednja vstopna točka za oddajo primerov QBO.

O5: Uporabiti razviti reševalnik QBIQ za reševanje čim večjih primerov realnih problemov, ki so posebej pomembni za industrijskega partnerja XLAB.

Projekt ima naslednje delovne pakete:

DP1: Visokozmogljiv reševalnik za QBO (vodja: RUD, sodelujoči: UL FS).V tem delovnem paketu bomo razvili visokozmogljiv reševalnik za QBO, ki temelji na algoritmu B&B in bo učinkovito deloval na najsodobnejših superračunalnikih.

DP2: Hibridni kvantno-klasični reševalnik za QBO (vodja: RUD, sodelujoči: IJS).V tem delovnem paketu, ki je organiziran v štiri naloge, bomo razvili hibridni reševalnik, pri katerem bodo kvantni algoritmi uporabljene za določanje tesnejših zgornjih ter spodnjih mej pri B&B algoritmu. Obravnava obeh mej bo ločena, zato bomo kvantne algoritme za njuno določanje ločeno razvili.

DP3: Kvantni reševalnik za QBO (vodja: IJS, sodelujoči: RUD).V tem delovnem sklopu bomo raziskali, kako rešiti QBO neposredno z uporabo izključno kvantnih računalnikov.

DP4: Razvoj QBIQ (vodja: UL FS, sodelujoči: RUD).V tem delovnem sklopu bomo združili kode visokozmogljivega reševalnika, hibridnega reševalnika in kvantnega reševalnika iz WP1, WP2 in WP3 v enoten reševalnik QBIQ. Delo bo organizirano v dve nalogi, ki se bosta začeli sredi drugega leta.

DP5: Reševanje IFP in JSSP (vodja: XLAB, sodelujoči: vsi).V tem delovnem sklopu bomo uporabili reševalnik QBIQ za reševanje problema celoštevilskega razcepa (IFP) in problema razporejanja opravil (JSSP). Delo bo organizirano v dve nalogi, ki se bosta začeli na začetku drugega leta in končali ob zaključku projekta.

DP6: Vodenje projekta, komunikacija in razširjanje rezultatov (vodja: RUD, sodelujoči: vsi).Ta delovni sklop bo vključeval naloge upravljanja in razširjanja rezultatov, potrebne za zagotovitev uspeha in vpliva projekta.