quandary

難題 - 開放和封閉量子系統的最佳控制

難題實現了一個優化求解器，用於打開和封閉的最佳量子控制。基礎量子動力學模型使用schroedinger的方程式（封閉）或密度矩陣的lindblad master方程式（開放）。控制問題旨在找到將系統驅動到所需目標的控制脈衝，例如目標統一解決方案操作員或預定義的目標狀態。難以在高性能計算平台上部署的目標部署，使用消息傳遞範式提供各種並行化的級別。

建議查看doc/中的用戶指南，描述基本的數學模型，它們在難題中的實現和使用。

您可以隨時與Stefanie Guenther [[email protected]]接觸到您可能遇到的任何問題。

依賴性

該項目依賴於PETSC [https://petsc.org/release/]來處理（並行）線性代數。可選的是SLEPSC [https://slepc.upv.es]，可用於解決一些特徵問題（例如，Hessian ...）

• 必需：安裝PETSC：

  查看[https://petsc.org/release/]以獲取最新安裝指南。在MacOS上，您也可以brew install petsc 。作為快速啟動，您也可以嘗試以下操作：

  • 在此處下載petsc的tarball [https://ftp.mcs.anl.gov/pub/petsc/release-snapshots/]。
  • tar -xf petsc-<version>.tar.gz
  • cd petsc-<version>
  • 用./configure配置PETSC。請檢查[https://petsc.org/release/install/install_tutorial]是否可選參數。例如， ./configure --prefix=/YOUR/INSTALL/DIR --with-debugging=0 --with-fc=0 --with-cxx=mpicxx --with-cc=mpicc COPTFLAGS='-O3' CXXOPTFLAGS='-O3'
  • ./configure的輸出報告如何設置PETSC_DIR和PETSC_ARCH變量
    • export PETSC_DIR=/YOUR/INSTALL/DIR
    • export PETSC_ARCH=/YOUR/ARCH/PREFIX
  • 用“完成所有檢查”編譯PETSC
  • 將PETSC目錄附加到LD_LIBRARY_PATH ：
    • export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$PETSC_DIR/$PETSC_ARCH/lib

• 可選：安裝SLEPSC

  • 在此處閱讀文檔：[https://slepc.upv.es/documentation/slepc.pdf]

LLNL的LC上的PETSC

PETC已經安裝在LLNL LC機器上，請參見[https://hpc.llnl.gov/software/mathematical-software/petsc]。它位於'/usr/tce/packages/petsc/'。要使用它，請導出“ PetSC_DIR”變量以指向Petsc文件夾，然後將“ Lib”子文件夾添加到'ld_library_path`變量：

• export PETSC_DIR=/usr/tce/packages/petsc/<version> （檢查版本號的文件夾名稱）
• export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$PETSC_DIR/lib

在這種情況下，不需要“ PETSC_ARCH”變量。

根據您的設置，您可能需要加載一些其他模塊，例如OpenMPI，例如：

• module load openmpi

安裝

如果不導出，請調整“ makefile”的開頭，以設置PETSC（以及可能是SLEPSC，Python Path和FitPackpp）的路徑。然後，

• make cleanup以清潔構建目錄。 （請注意清理中的UP 。）
• make quandary構建代碼（或使用多個線程更快地構建的'make -j quandary'）

建議在您的PATH上添加難題

• export PATH=$PATH:/path/to/quandary/

可選：要從python環境中運行難題，您應該在安裝了numpy和matplotlib的工作python解釋器上。然後，將Quandary的位置附加到您的PYTHONPATH ，例如

• export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:/path/to/quandary/並查看示例。

跑步

該代碼構建到可執行的quandary中。它需要一個參數為測試案例配置文件的名稱。文件config_template.cfg ，列出了所有可能的配置選項。配置文件充滿了註釋，這些註釋應幫助用戶設置其測試用例，並將選項與用戶指南中的描述匹配。還要比較示例文件夾。

• ./quandary config_template.cfg
• mpirun -np 4 ./quandary config_template.cfg --quiet

社區和貢獻

Quandary是一個正在進行重大發展的開源項目。各種形式的貢獻是非常歡迎的，可以是從新功能到錯誤的文件，文檔甚至討論的任何東西。貢獻很容易，在分支機構上工作，在您進行良好的情況下創建一個拉動請求，並在“測試/”通過中進行回歸測試。

出版品

• S. Guenther，NA Petersson，JL Dubois：“使用一種初始狀態進行純態製備的量子最佳控制”，AVS Quantum Science，第1卷。 3，Arxiv預印本https://arxiv.org/abs/2106.09148（2021）
• S. Guenther，Na Petersson，JL Dubois：“ Quandary：用於開放式量子系統的開源C ++軟件包”，提交給IEEE SUPER CROPPTING 2021，ARXIV Preprint，Arxiv Preprint https://arxiv.orgs/arxiv. orgs/arxiv.orgs/2110.10310.10.10310.10.10.10310 （2021）

執照

難題是根據MIT許可證的條款分發的。所有新捐款必鬚根據本許可做出。有關詳細信息，請參見許可證並註意。

SPDX-LICENSE-IDIFIER：麻省理工學院