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Variational Quantum Algorithms: Challenge or Excuse

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Quantum Camp 2023

2018년 John Preskil이 NISQ(noisy intermediate-scale quantum, 오류가 많은 중형 규모의 양자) 시대를 선언한 이후, 현재의 기술 수준으로 구현할 수 있는 양자 컴퓨터를 활용할 방법과 그 대상이 될 만한 문제들을 찾아 나섰다. 그 과정에서 가장 유력하게 떠오른 방법 중의 하나가 변분법 양자 알고리즘(Variational Quantum Algrorithm, 이하 VQA)이다.

VQA는 양자회로를 적절한 매개변수를 써서 표현한 후 기계학습(인공지능)을 통해 양자회로를 최적화하는 방법으로, NISQ 컴퓨터의 성능을 최대로 이용할 수 있으리라 기대가 크다. 그러나 최근 인공지능의 성공에 따른 막연한 기대감이나 시행착오에 지나치게 의존하는 면도 있다는 점이 지적되었다.

이번 양자캠프는 VQA의 기본원리를 실습을 통해 익히며 VQA의 양자이득(quantum advantage) 혹은 잠재력 및 한계 등을 진지하게 토론할 기회가 될 것이다.

Schematic diagram of work flow in variational quantum algorithms. Source: Cerezo et al., Nature Review Physics (2021)

개요

  • 기간: 2023년 7월 1일 - 8월 31일 (2개월)
  • 장소: 고려대학교주관 양자대학원 세미나실 (실습 및 특강)
  • 대상: 고려대학교주관 양자대학원 참여대학 3,4학년생 (휴학생 제외, 양자역학I 수강 권장). 단, 양자대학원 참여대학 소속이 아니나 대학원 진학 의사가 분명한 학생은 양자대학원 참여교수와 상담 후 참가승인서(자유양식)에 서명을 받아 함께 제출하면 대상자로 인정.
  • 인원: 10 - 20 명
  • 기타: 세부 일정은 추후 공지

참가 신청

이 특별 인턴십 프로그램에 참가할 학생은 고려대학교주관 양자대학원 행정실로 신청하기 바랍니다.

  • 신청 마감: 2023년 6월 23일(금) 18:00

학습 자료

프로그램

  • 아래 일정이나 연사는 변경될 수 있습니다.
  • 장소가 명시되지 않은 일정은 모두 고려대학교주관 양자대학원 세미나실(이학관 425B)에서 진행됩니다.


6월 30일(금) 12:00-14:00 오리엔테이션 (*점심 제공, *준비물: 개인 노트북 컴퓨터)
7월 03일(월) 14:00-14:30 [발표] 김도하(한양대학교)
14:30-15:00 [토론] 참여학생
15:00-15:30 [발표] 한재훈(아주대학교)
15:30-16:00 [토론] 참여학생
7월 06일(목) 14:00-15:00 [특강] 배은옥(KIAS): VQA 소개 및 개요 (1)
15:15-16:15 [특강] 배은옥(KIAS): VQA 소개 및 개요 (2)
7월 10일(월) 14:00-15:00 [특강] 최만수(고려대): 양자컴퓨팅 및 양자회로 소개
15:15-16:15 [발표 및 토론] 참가학생
7월 13일(목) 14:00-15:00 [특강] 최만수(고려대): Variational Quantum Circuits
15:15-16:15 [발표 및 토론] 참가학생
7월 17일(월) 14:00-15:00 [특강] 황용수(ETRI): Embedding Data into Quantum Circuits I
15:15-16:15 [발표 및 토론] 참가학생
7월 20일(목) 14:00-15:00 [특강] 황용수(ETRI): Embedding Data into Quantum Circuits II
15:15-16:15 [발표 및 토론] 참가학생
7월 24일(월) 13:00-14:00 [특강] 이승진(ETRI): Numerical Optimization I: unconstrained optimization
14:00-15:00 [특강] 이승진(ETRI): Numerical Optimization II: interior-point method for nonlinear optimization
15:15-16:15 [튜토리얼] 이승진(ETRI): NLOPT and canonical coordinates of quantum logic gates
7월 27일(목) 13:00-14:00 [특강] 이승진(ETRI): Numerical Optimization III: automatic differentiation and neural network
14:00-15:00 [특강] 이승진(ETRI): Numerical Optimization IV: optimization problem with quantum circuits
15:15-16:15 [튜토리얼] 이승진(ETRI): Quantum circuit optimization: PennyLane and Tensorflow
7월 31일(월) 14:00-15:00 [특강] 방정호(ETRI): Quantum Machine Learning I
15:15-16:15 [발표 및 토론] 참가학생
8월 3일(목) 14:00-15:00 [특강] 방정호(ETRI): Quantum Machine Learning II
15:15-16:15 [발표 및 토론] 참가학생
8월 7일(월) 14:00-15:00 [특강] 백경현(ETRI): Variational Quantum Eigensolver I
15:15-16:15 [특강] 이나영(POSCO Holdings): Introduction to Quantum Graph Neural Network
8월 10일(목) 14:00-15:00 [특강] 백경현(ETRI): Variational Quantum Eigensolver II
15:15-16:15 [특강] 박찬신(POSCO Holdings): Introduction to Differentiable Quantum Circuits
8월 14일(월) 14:00-15:00 [특강] 배은옥(KIAS): Quantum Approximate Optimization Algorithm I
15:15-16:15 [발표 및 토론] 참가학생
8월 17일(목) 14:00-15:00 [특강] 배은옥(KIAS): Quantum Approximate Optimization Algorithm II
15:15-16:15 [발표 및 토론] 참가학생
8월 31일(목) 13:00-18:00 참여학생 개인 프로젝트 발표 (* 참석자 전원에게 점심 제공 *)

2023 Quantum Fair on VQA

2023 Special Summer Internship on VQA에 참가한 학생들이 그동안 공부한 것을 바탕으로 개별 프로젝트를 수행하여 그 결과를 발표합니다. 많은 참석과 성원 바랍니다.

  • 날짜: 2023년 8월 31일(목)
  • 장소: 고려대학교 아산이학관 433호


12:20-12:50 점심 (*모든 참석자에 도시락 제공*)
13:00-13:20 김현성(GIST) Trotter Circuit Optimization through Adiabatic Quantum Computation
13:20-13:40 김진수(서울대), 전유성(건국대), 한재훈(아주대) Hamiltonian Cycle with VQA
13:40-14:00 이세정(고려대) Quantum Radiance Field Quantum integrated 3D Vision
14:00-14:10 휴식
14:10-14:30 김도하(한양대) QAOA를 이용한 Traveling Salesperson's Problem 풀이
14:30-14:50 김성훈(고려대), 정원중(고려대), 정성훈(고려대) Solving the Shortest Path Problem with QAOA
14:50-15:10 송성헌(성균관대), 국성연(고려대) Advanced Quantum Kernel Construction for Quantum Machine Learning
15:10-15:30 박경안(성균관대) Ground state energy를 구하기 위한 VQA 방법들의 비교
15:30-15:40 휴식
15:40-16:00 김예림(고려대), 장재권(고려대), 양승진(고려대) Adiabatic Quantum Optimization vs. Variational QAOA
16:00-16:20 김경민(고려대) Solving the Max-Cut Problem with QAOA
16:20-16:40 김민지(덕성여대) Two Variational Ansatz's for QAOA


주관 및 도움

이 특별 인턴십 프로그램은 아래 기관들이 공동주관합니다.


아울러 PennyLane을 비롯해 VQA 프로그래밍에 필요한 여러 자료 등에 관하여 아래 기관에서 도움을 주고 있습니다.

용어 해설

  • 오류 내성 양자 컴퓨터(fault-tolerant quantum computer): 양자오류정정 등을 거쳐 실제 계산에 사용할 수 있는 궁극적인 양자 컴퓨터.
  • NISQ 컴퓨터: 기술적으로 양자오류정정 등을 수행할 수 없어 오류를 포함하되, 여전히 고전적인 컴퓨터보다 우수한 성능을 보일 수 있는 과도기 양자 컴퓨터.
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