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 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,
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, 14 - 16:30 Uhr
    Ort: TBD
  • Kickoff des Praxisteils: Donnerstag der 10.11.2022, 16 - 18 Uhr, "Kaminabend" | öffentlich
    Ort: Remote, Zoom-Link wird per Mail kommuniziert
  • Abschlussveranstaltung und Prüfung: Donnerstag der 9.2.2023, 16 - 18 Uhr, "Marktplatz"
    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

  • 19.08.2022: 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 18.10.21 Introduction 20.10.21 Basics of Quantum Computing
KW43 26.10.21 Basic Quantum Algorithms (Mittwoch!) 27.10.21 Adiabatic Quantum Computing
KW44 01.11.21 Approximate Quantum Optimization 03.11.21 Exact Quantum Optimization
Praxisphase
KW45 08.11.21 Vorbereitung auf den Kickoff 10.11.21 "Kaminabend" mit

Impulsvorträgen

aus der Wirtschaft

KW46 15.11.21 Fragestunde 18.11.21 Präsentationen Projektfortschritt (Freitag!)
KW47 22.11.21 Fragestunde 24.11.21 Präsentationen Projektfortschritt
KW48 29.11.21 Fragestunde 01.12.21 Präsentationen Projektfortschritt
KW49 06.12.21 Fragestunde 08.12.21 Präsentationen Projektfortschritt
KW50 13.12.21 Fragestunde 15.12.21 Präsentationen Projektfortschritt
KW51 20.12.21 Fragestunde 22.12.21 Präsentationen Projektfortschritt
KW52 27.12.21 Weihnachtspause 29.12.21 Weihnachtspause
KW01 03.01.23 Weihnachtspause 05.12.23 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:

Disclaimer

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Wer eine dieser Regeln verletzt, muss damit rechnen, von der fraglichen Veranstaltung ausgeschlossen zu werden und wir behalten uns weitere Schritte vor.