Praktikum Quantum Computing Programmierung – Eine QC Optimization Challenge am QAR-Lab

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 vier Gruppen à sechs Studierenden die Möglichkeit, je eine Aufgabenstellung auf zwei 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,
Bachelorstudiengänge Informatik und Medieninformatik,
Masterstudiengänge Informatik und Medieninformatik

Umfang

6 SWS zzgl. Heimarbeit (v.a. in der Projektphase) (siehe Einschränkungen DHP)

12 ECTS

Termin(e)

  • Termine: dienstags und donnerstags seit Beginn der Praxisphase  14:15 - 16:45 Uhr
    Ort: Remote, Zoom-Link wurde per Mail kommuniziert
  • Am 19. Mai, "Kaminabend" | 18-19:30 Uhr (statt 14-16:30) | öffentlich
    Ort: Remote, Zoom-Link wird per Mail kommuniziert
  • Abschlussveranstaltung: 28. Juli 2022 | 17-19 Uhr (statt 14-16:30)
    Ort: Remote, Zoom-Link wird per Mail kommuniziert

Betreuer

Jonas Stein
Jonas Nuesslein
Michael Kölle

Prüfung

Prof. Dr. Claudia Linnhoff-Popien

Prüfungsform: Remote-Präsentation und Projekt-Abgabe, gemäß Flexi-Satzung.

Aktuelles

  • 24.05.2022: Die Fragestunde vom 31.5. muss aufgrund einer Dienstreise auf den 1.6., 14:15 Uhr verschoben werden - der Zoom Link bleibt identisch
  • 05.05.2022: Veröffentlichung der Einwahldaten und der Agenda zum öffentlichen Kaminabend:
  • 01.05.2022: Die Restplätze wurden verteilt.
  • 18.04.2022: Es gibt noch freie Plätze! Bewerbungen mit kurzem Motivationsschreiben und Transcript of Records bitte direkt per Mail an jonas.stein@ifi.lmu.de.
  • 30.03.2022: Veröffentlichung folgender Übersicht zum Praktikum
  • 14.02.2022: 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 Projektphase (startend ab der vierten Woche) in Gruppen à sechs Studierenden an jeweils einem Projekt gearbeitet wird. Die Gruppeneinteilung und Themenvergabe findet voraussichtlich Anfang der 4. 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
KW17 26.04.22 Einführung 28.04.22 Grundlagen des Quantencomputings
KW18 03.05.22 Quantenalgorithmen 05.05.22 Adiabatisches Quantencomputing
KW19 10.05.22 Programmierung von

Quantenannealern

12.05.22 Quantenoptimierung
Praxisphase
KW20 17.05.22 Probevorstellung der Teams
19.05.22 "Kaminabend" mit

Impulsvorträgen

aus der Wirtschaft

KW21 24.05.22 Fragestunde 26.05.22 Feiertag
KW22 01.06.22 Fragestunde (MITTWOCH!)
02.06.22 Präsentationen
Projektfortschritt
KW23 07.06.22 Fragestunde 09.06.22 Präsentationen
Projektfortschritt
KW24 14.06.22 Fragestunde 16.06.22 Feiertag
KW25 21.06.22 Fragestunde 23.06.22 Präsentationen
Projektfortschrit
t
KW26 28.06.22 Fragestunde 30.06.22 Präsentationen
Projektfortschritt
KW27 05.07.22 Fragestunde 07.07.22 Präsentationen
Projektfortschritt
KW28 12.07.22 Fragestunde 14.07.22 Präsentationen
Projektfortschritt
KW29 19.07.22 Präsentation Konzept für Marktplatz 21.07.22 Probedurchlauf Präsentationen
23. Juli: Abgabe Schriftliche Ausarbeitung & Management Summary
KW30 26.07.22 Präsentation eingearbeiteter Verbesserungsvorschläge 28.07.22 "Markplatz", Abschlussprüfung

Anmeldung

Die Bewerbung für das Praktikum findet zentral via Uni2Work statt: https://uni2work.ifi.lmu.de/course/S22/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 17.04.2022 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 1. Mai 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:

Disclaimer

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  • 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.