2023亚太地区五岳杯量子计算挑战赛

计算电源网 (CPN）布局优化

1. 介绍

计算能力网络 （CPN）是一种基于业务需求分配和调度计算资源的新型信息基础设施，计算资源通常由终端用户、边缘服务器和云服务器组成。该网络旨在满足各种计算任务的需求。根据计算需求的空间分布战略性地分配计算资源有助于减少延迟、最大限度地降低成本并提高整体网络效率和用户体验。

将运筹学、研究和优化技术用于信息基础设施的选址和布局，有助于从全球优化的角度进行更科学的决策过程。这种方法有助于提高决策效率和规划效力。随着计算挑战规模的增长，精确求解组合优优化问题的计算复杂度呈指数级增长。现有的解决技术往往很难在合理的时间范围内完成这些解决方案。此外，随着传统计算能力接近摩尔定律所定义的极限，量子计算作为一种很有前途的技术出现，突破了传统计算机的计算瓶颈。相千伊辛机（CIM)作为一种专门的量子计算器件，为有效解决各行各业的操作优化问题引入了一个新的视角，由于其在解决组合优化问题方面的优异性能而受到了广泛的关注。

QUBO (Quadratic Unconstrained Binary Optimization，二次无约束二进制优化）模型与lsing模型有着密切的联系，是量子计算中的一类核心问题，可以用相干伊辛机 （CIM) 来求解。QUBO模型公式化为最小x“Qx,x€ {0,1”，其中Q表示nxn矩阵

。本次竞赛以优化计算网络基础设施布局为主要内容，采用QUBO形式对问题进行建模，并使用开物SDK实现解决方案。Kaiwu SDK是一个软件开发工具包，用于解决

QUBO模型，使用

相干伊辛机（CIM)您可以通过访问此链接访问开物SDK

2. 问题描述

本次竞赛旨在解决特定区域内计算网络基础设施布局的优化问题

。该区域被划分成几个相邻的正方形网格，计算需求分布数据提供了每个网格内的汇总计算需求。数据中的坐标表示每个网格的中心坐标。为了简化问题，每个网格内的计算需求点被合并到网格的中心点（即，将每个网格视为对应于一个单一的需求点）。

网格内的计算需求是由用户的设备产生的，这些设备是连接到网络的终端，如传感器、智能手机、工业机器人等。计算网络中的计算需求由边缘服务器和云服务器来满足。边缘服务器位于网络的"边缘"，通常靠近终端用户或设备。它们的作用是处理更接近用户的数据，从而提高响应速度和效率。边缘服务器距离用户更近，可以更快速地处理请求，从而减轻核心云基础架构的负担，提高整体运营效率。另一方面，云服务器位于远离用户的数据中心，拥有强大的计算和存储能力。当边缘服务器的容量不足时，云服务器可以作为辅助资源。边缘服务器和云服务器之间的协同交互，优化了整个系统的性能和可靠性。