FinQ Case Study Series #1

Aircraft Loading Optimisation with QUBO

Recently, Airbus announced their winner to The “Airbus Quantum Computing Challenge” (AQCC): the team Machine Learning Reply (MLR). In the fifth challenge — “Aircraft Loading Optimisation”, they formulated the problem and its constraints into cost functions in the form of Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) problems. These cost functions are compatible with quantum annealers, as well as other hybrid classical-quantum optimization algorithms such as Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA). Then they benchmarked the model on different solvers to evaluate the performances and capabilities of current technologies. 

In our case study, we will reimplement MLR’s approach in Python. Then, we can think of ways to improve their method, such as adding additional constraints and features. 

We expect that most participants would finish their assignments within 8 weeks, with a 4-hour weekly commitment and one 1-hour meeting biweekly. We will host an orientation / kick-off on October 16, 2021 and the session will conclude on December 11, 2021.

Participants would work together in groups of 3 or less. In this session, we plan to have a maximum of 3 groups.

How to register?

Registration details will be shared in WeChat group. Please add FinQ’s official account to join our WeChat groups.

What we will learn

  1. Case study a real industry operational optimization problem; 
  2. Understand and implement QUBO and quantum annealer;
  3. Participation in quantum coding development; 
  4. Drafting professional proof-of-concept reports for quantum technology.

Prerequisites: (should take <2 hours to learn all these)

  1. Basic Python: Numpy. (Knowledge of Qiskit recommended.)
  2. Basic linear algebra: Matrix multiplication, trace, partial trace etc.
  3. Basic graph theory: Nodes, edges etc.

Starting points:

Timeline:

  • October 16, 2021: Orientation / kick-off
  • Week 1-2: Reading materials, Q&A
  • Week 3-4: Implementation & iteration
  • Week 5-6: Brainstorming & adding features
  • Week 7-8: Review & report composing
  • December 11, 2021: Final presentation

QUANTUM COMPUTING WORKSHOP – 9 (2021/01/31)

活动介绍:

大家新年好!在新年的第一期量子计算讨论会,我们将延续上一次的内容,继续进行量子编程的实战演练。这一次,我们将以往届微软组织的量子编程比赛的题目为参考,对一些量子编程的题目进行实战编程,分析和讲解。

这次我们仍然会采取线上模式,届时还会有量子计算行业和初创企业的最新动态的讨论。敬请期待^_^

活动安排:

开始时间:

2021年1月31日
14时 (美国东部时间)
13时(美国中部时间)
11时(美国太平洋时间)

接入方式:

Chandler Fang is inviting you to a scheduled Zoom meeting.

Topic: Finq Workshop – 9
Time: Jan 31, 2021 02:00 PM Eastern Time (US and Canada)

Join Zoom Meeting
https://us02web.zoom.us/j/8408189361?pwd=WlZyQUkrME9Qb1RnSkk3TFVjaHg0UT09

Meeting ID: 840 818 9361
Passcode: Finq
One tap mobile
+16465588656,,8408189361#,,,,416271# US (New York) +13126266799,,8408189361#,,,,416271# US (Chicago)

Dial by your location
+1 646 558 8656 US (New York)
+1 312 626 6799 US (Chicago)
+1 301 715 8592 US (Washington DC)
+1 253 215 8782 US (Tacoma)
+1 346 248 7799 US (Houston)
+1 669 900 9128 US (San Jose)
Meeting ID: 840 818 9361
Passcode: 416271
Find your local number: https://us02web.zoom.us/u/kbjOWHSit1

内容提要:

  1. 活动开始前:
    • 阅读并尝试用Qiskit编写 Q# Coding Contest (2018 Warm-up) 的题目(见阅读材料)
  2. 量子计算初创企业介绍及行业最新动态(5 分钟)
  3. 量子计算编程实战演练(60 分钟)
    • 讨论交流编程题目

阅读材料:

QUANTUM COMPUTING WORKSHOP – 8 (2020/11/29)

活动介绍:

前面的讨论会我们分别了解了量子计算机的硬件实现原理以及基本算法的理论基础。从这一次开始,我们将开始动手实践,用程序编写一些实现量子算法的量子电路。我们会以Qiskit为主要工具,从基础的量子编程开始,由简单的量子算法逐渐深入到略复杂的算法,并逐步引入具体的应用。这一次,我们先来熟悉以下量子编程的环境,介绍基本量子门电路的实现,然后示例一些简单的算法。

这次我们仍然会采取线上模式,届时还会有量子计算行业和初创企业的最新动态的讨论。敬请期待^_^

活动安排:

开始时间:

2020年11月29日
14时 (美国东部时间)
13时(美国中部时间)
11时(美国太平洋时间)

接入方式请私信活动组织者

内容提要:

  1. 量子计算初创企业介绍及行业最新动态(15 分钟)
  2. 量子计算编程基础(60 分钟)
    • Qiskit量子开发环境简介
    • 量子编程的基本门电路
    • 简单量子编程示例

阅读材料:

QUANTUM COMPUTING WORKSHOP – 6 (2020/08/30)

活动介绍:

前面几次讨论会我们讨论了量子计算机硬件实现的不同方法。这一次我们将重新回到量子算法的话题上,来讨论一下一类用于优化的量子算法 — 量子-经典混合的优化算法。由于这类算法对于硬件噪声的影响相较于一般的纯量子算法要好,其被认为是在近期非容错量子计算机上最有希望可以实现的算法之一。

这次我们仍然会采取线上模式,届时还会有量子计算行业和初创企业的最新动态的讨论,和会员风采环节。敬请期待^_^

活动安排:

开始时间:

2020年8月30日
14时 (美国东部时间)
13时(美国中部时间)
11时(美国太平洋时间)

接入方式请私信活动组织者

内容提要:

  1. 量子计算初创企业介绍及行业最新动态(15 分钟)
  2. 会员风采(10 分钟)
  3. 量子-经典混合优化算法(60 分钟)
    • 背景介绍
    • 变分量子本征值求解(VQE)
    • 量子近似优化算法(QAOA)
    • 量子-经典混合优化算法的硬件实现

阅读材料:

QUANTUM COMPUTING WORKSHOP – 5 (2020/08/02)

活动介绍:

前两次讨论会我们分别介绍了超导和离子阱量子计算机硬件原理。这一次我们来讨论一下拓扑量子计算机的实现原理。拓扑量子计算利用多体系统中的拓扑量子态来存储和操控量子信息,具有内在的容错能力,给大规模的量子计算硬件的物理实现带来了希望。近年来,学术界以及以微软为代表的一批工业界科研单位对于拓扑量子计算的理论研究十分活跃。虽然拓扑量子计算的硬件实现远不及超导和离子阱的进展,但其在容错方面诱人的承诺值得我们给予必要的关注。

这次我们仍然会采取线上模式,届时还会有量子计算行业和初创企业的最新动态的讨论,和会员风采环节。敬请期待^_^

活动安排:

开始时间:

2020年8月2日
14时 (美国东部时间)
13时(美国中部时间)
11时(美国太平洋时间)

接入方式请私信活动组织者

内容提要:

  1. 量子计算初创企业介绍及行业最新动态(15 分钟)
  2. 会员风采(10 分钟)
  3. 拓扑量子计算的物理基础(60 分钟)
    • 背景介绍
    • 任意子定义及性质
      • 阿贝尔任意子
        • Toric Code模型
      • 非阿贝尔任意子
        • 伊辛任意子和斐波那契任意子
        • 任意子在拓扑量子计算机里的应用
    • 拓扑量子纠错

阅读材料:

  • 拓扑量子纠错实验验证
    Yao, Xing-Can, et al. “Experimental demonstration of topological error correction.” Nature 482.7386 (2012): 489-494.  
  • 拓扑量子计算介绍
    Lahtinen, Ville, and Jiannis K. Pachos. “A short introduction to topological quantum computation.” SciPost Physics 3.3 (2017).

Quantum Computing Workshop – 4 (2020/06/28)

活动介绍:

上次讨论会我们聊了超导量子计算机硬件原理。这一次我们将继续之前探索量子计算机硬件的旅程,来了解一下另一种热门的量子计算机架构 — 离子肼量子计算机。基于离子肼的量子计算机构造这项技术近期备受关注。特别是最近Honeywell公司高调推出的6个量子比特的离子肼量子计算机,其连通性、量子门保真度,以及量子容量(Quantum Volume)都超越了以IBM为代表的超导量子计算机的相应数据。这周末,让我们一起来从离子肼量子计算机的基本原理出发,探究其相对于其他量子计算机架构的优越性与局限性。

这次我们仍然会采取线上模式,届时还会有量子计算行业和初创企业的最新动态的讨论,和新增的会员风采环节。敬请期待^_^

活动安排:

开始时间:

2020年6月28日 14时 (美国东部时间)13时(美国中部时间)11时(美国太平洋时间)

接入方式请私信活动组织者

内容提要:

  1. 量子计算初创企业介绍及行业最新动态(15 分钟)
  2. 会员风采(10 分钟)
  3. 离子肼量子比特的硬件实现(60 分钟)
    • 引言
      • 与超导量子比特的对比
      • 离子肼量子计算技术流派
    • 物理背景
      • 从原子物理到量子比特
      • 线性射频离子肼
    • 离子肼量子比特的控制与测量
      • 单比特门
      • 双比特门
      • 比特测量
    • 应用
      • 量子计算
      • 量子模拟
      • 量子探测

阅读材料:

Quantum Computing Workshop – 3 (2020/05/24)

活动介绍:

上次讨论会我们聊了量子计算的两个基本的算法:量子傅里叶变换和Grover’s search,以及由他们延申出来的一些算法。这一次我们来具体聊一聊量子计算的硬件实现。我们先从目前最广泛应用的超导量子比特讲起。另外,届时还会有量子计算行业的最新动态的讨论。和上次一样,我们这一次仍然在网上进行。

活动安排:

开始时间:

2020年5月24日 14时 (美国东部时间)11时(美国太平洋时间)

接入方式请私信活动组织者

内容提要:

  1. 量子计算行业最新进展(15 分钟)
  2. 问题讨论/休息(5分钟)
  3. 超导量子比特的硬件实现(60分钟)
    • 引言
    • 约瑟夫森结
    • 单比特的控制与测量
    • 两个比特的耦合
    • 量子探错与纠错
    • 热门话题

阅读材料: