Kurzbeschreibung
Dieses Praktikum vermittelt die Fähigkeit, Optimierungsprobleme für Quantencomputer zu modellieren, sowie einen Einstieg in die praktische Arbeit mit existierenden Quantencomputern. Dafür stehen im QAR-Lab derzeit vier Rechner zur Verfügung: IBM Q System One, Rigetti Aspen-11, Fujitsu DAU, D-Wave Advantage. In Kooperation mit namhaften Partnern aus der Industrie werden Aufgabenstellungen mit starker Relevanz für praktische Anwendungen vergeben. 24 Studierende haben in Gruppen die Möglichkeit, je eine Aufgabenstellung auf verschiedenen Rechnern auszuführen und zu vergleichen. Das Praktikum schließt mit einer Präsentation der Ergebnisse vor unseren Industriepartnern ab.
Diese Veranstaltung findet in Kooperation mit dem Projekt PlanQK statt.
Veranstalter |
Prof. Dr. Claudia Linnhoff-Popien Für alle Fragen bzgl. Verlauf und Anmeldung melden Sie sich bitte bei jonas.stein@ifi.lmu.de. |
Hörerkreis |
Studierende der Informatik und Medieninformatik im Hauptstudium, |
Umfang |
6 SWS zzgl. Heimarbeit (v.a. in der Projektphase) (siehe Einschränkungen DHP) 12 ECTS |
Termin(e) |
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Betreuer |
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Prüfung |
Prof. Dr. Claudia Linnhoff-Popien Prüfungsform: Remote-Präsentation und Projekt-Abgabe, gemäß Flexi-Satzung. |
Aktuelles
- 08.11.2022: Veröffentlichung der Einwahldaten und der Agenda zum öffentlichen Kaminabend:
- 12.10.2022: Es gibt noch freie Plätze! Bewerbungen mit kurzem Motivationsschreiben und Transcript of Records bitte direkt per Mail an jonas.stein@ifi.lmu.de.
- 9.08.2022: Veröffentlichung folgender Übersicht zum Praktikum:
- 10.08.2022: Die Seite zu dieser Veranstaltung ist ab sofort online.
Inhalt des Praktikums
Quantencomputing ermöglicht effizientere Ansätze zur Lösung zentraler Probleme der Informatik durch die Nutzung quantenmechanischer Effekte. Mit der zunehmenden Größe und Qualität aktueller Quantencomputer ist es bereits heute möglich diesen Quantenvorteil in der Praxis nachzuweisen. Die Herausforderung besteht im Allgemeinen darin mit den im Quantencomputing zusätzlich zur Verfügung stehenden algorithmischen Bausteinen Lösungsverfahren zu entwickeln, die einen anwendungsrelevanten Quantenvorteil ermöglichen.
Dieses Praktikum stellt eine Einführung in den anwendungsorientierten Einsatz von Quantencomputing dar. Hierbei werden Ansätze aus dem Bereich Quantenoptimierung zur Lösung praxisrelevanter Probleme konzipiert, implementiert und analysiert. Dabei kommt „echte“ Quantenhardware der Hersteller IBM, Rigetti, Fujitsu und D-Wave Systems zu Einsatz.
Eine Auswahl der behandelten Themen lautet:
- Grundlagen des Quantencomputings
- Mathematische Modellierung
- Optimierung
- Quantum Annealing
- Quantenoptimierungsalgorithmen
- Einführung in verschiedene QC-Plattform SDKs
Ablauf
Das Praktikum gliedert sich in zwei Phasen: In der dreiwöchigen Theoriephase werden Grundlagenkenntnisse vermittelt, während in der Praxisphase (startend ab der vierten Woche) in Gruppen an jeweils einer Aufgabenstallung gearbeitet wird. Die Gruppeneinteilung und Themenvergabe findet voraussichtlich Ende der 3. Semesterwoche statt. Im Rahmen der Projektphase wird pro Gruppe eine ca. zehnseitige wissenschaftliche Arbeit erstellt, die insbesondere die eigene Methodik und erzielte Ergebnisse beinhaltet.
Die Anwesenheit bei den fett markierten Veranstaltungen ist verpflichtend!
| Dienstag | Donnerstag | |||
| Theoriephase | ||||
| KW42 | 18.10.22 | Introduction | 20.10.22 | Basics of Quantum Computing |
| KW43 | 26.10.22 | Basic Quantum Algorithms (Mittwoch!) | 27.10.22 | Adiabatic Quantum Computing |
| KW44 | 02.11.22 | Approximate Quantum Optimization (Mittwoch!) | 03.11.22 | Exact Quantum Optimization |
| Praxisphase | ||||
| KW45 | 08.11.21 | Vorbereitung auf den Kickoff | 10.11.22 | "Kaminabend" mit
Impulsvorträgen aus der Wirtschaft |
| KW46 | 15.11.22 | Fragestunde | 17.11.22 | Präsentationen Projektfortschritt |
| KW47 | 22.11.22 | Fragestunde | 24.11.22 | Präsentationen Projektfortschritt |
| KW48 | 29.11.22 | Fragestunde | 01.12.21 | Präsentationen Projektfortschritt |
| KW49 | 06.12.22 | Fragestunde | 08.12.21 | Präsentationen Projektfortschritt |
| KW50 | 13.12.22 | Fragestunde | 15.12.22 | Präsentationen Projektfortschritt |
| KW51 | 20.12.22 | Fragestunde | 22.12.22 | Präsentationen Projektfortschritt |
| KW52 | 27.12.22 | Weihnachtspause | 29.12.22 | Weihnachtspause |
| KW01 | 03.01.23 | Weihnachtspause | 05.01.23 | Weihnachtspause |
| KW02 | 10.01.23 | Fragestunde | 12.01.23 | Präsentationen Projektfortschritt |
| KW03 | 17.01.23 | Fragestunde | 19.01.23 | Präsentationen Projektfortschritt |
| KW04 | 24.01.23 | Fragestunde | 26.01.23 | Präsentationen Projektfortschritt |
| KW05 | 31.01.23 | Präsentation Konzept für Marktplatz | 02.02.23 | Probedurchlauf Präsentationen |
| 5. Februar: Abgabe Schriftliche Ausarbeitung & Management Summary | ||||
| KW06 | 07.02.23 | Präsentation eingearbeiteter Verbesserungs- vorgschläge | 09.02.23 | "Markplatz", Abschlussprüfung |
Anmeldung
Die Bewerbung für das Praktikum findet zentral via Uni2Work statt: https://uni2work.ifi.lmu.de/course/W22/IfI/QCP
Für Studierende ohne Zugang zu Uni2Work (also z.B. Studierende anderer Universitäten) ist eine Bewerbung per E-Mail an Jonas Stein möglich. Grundsätzlich sind folgende Punkte zur Bewerbung zu beachten:
- Bewerbungen die nach dem 25.09.2022 23:59 Uhr eingehen, sind lediglich für das Nachrückverfahren relevant
- Im Rahmen der Bewerbung soll die eigene Motivation für dieses Praktikum dargelegt werden. Hierbei soll auch auf mögliche Vorkenntnisse eingegangen werden.
- Konkret sollen folgende Fragen beantwortet werden:
- Warum interessieren Sie sich für QC?
- Was bzw. wie können Sie Ihrer Einschätzung nach zum Erfolg der Projekte im Praktikum beitragen?
- Folgende Vorkenntnisse werden im Kontext der Bewerbung besonders berücksichtigt: Quantencomputing, Optimierung, Lineare Algebra, Programmierung mit Python.
- Die Einreichung eines aktuellen Transcripts of Records ist obligatorisch.
Die Teilnahme am Praktikum ist nach dem 23. Oktober 2022 um 23:59 Uhr verbindlich. Danach wird das Praktikum bei Abbruch mit einer 5,0 bewertet und es gibt einen Malus bei Bewerbung auf zukünftige Praktika.
Material / Literatur
Folien, Übungsblätter und zugehörige Lösungen werden über Uni2Work zur Verfügung gestellt.
Literatur
Als Begleitliteratur werden die folgenden Bücher empfohlen:
- Nielsen & Chuang (2010). Quantum Computation and Quantum Information (2nd ed.). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-00217-3.
- Schuld & Petruccione (2018). Supervised Learning with Quantum Computers. Springer Interational Publishing. doi:10.1007/978-3-319-96424-9.
- Homeister (2015). Quantum Computing verstehen. Springer Fachmedien Wiesbaden. ISBN 3-658-10455-4.
- Albash (2018). Adiabatic Quantum Computating. American Physical Society (APS). doi:10.1103/revmodphys.90.015002.
- McGeoch (2014). Adiabatic Quantum Computation and Quantum Annealing: Theory and Practice. Morgan & Claypool Publishers. ISBN 978-1-62705-592-5.
Disclaimer
Sehr viele Lehrveranstaltungen finden während der Schließung der LMU online statt. Als Dozenten bitten wir um Nachsicht, falls Dinge nicht immer perfekt laufen und hoffen auf Ihre konstruktive Mitarbeit. In dieser Situation gelten zudem online einige Regeln, die im realen Leben ohnehin klar wären, auf die wir hier aber explizit hinweisen möchten:
- In Live-Veranstaltungen bitten wir um einen disziplinierten Umgang mit Audio (normalerweise aus) und Bandbreite (Video nach Bedarf)
- Die Aufzeichnung oder Weiterleitung von Veranstaltungen durch Teilnehmer sind nicht erlaubt.
- Die Verteilung von Inhalten (Video, Audio, Bilder, PDFs, etc.) in anderen Kanälen als den vom Autor vorgesehenen ist nicht erlaubt.
Wer eine dieser Regeln verletzt, muss damit rechnen, von der fraglichen Veranstaltung ausgeschlossen zu werden und wir behalten uns weitere Schritte vor.
