到達目標

量子コンピューティング技術に期待が高まり
多くの研究機関や企業がこぞって研究競争を繰り広げています
そんな時代にあるからこそ「触ってみたい」から始まり
「何ができるのか」を知り
「自分で考える」ところを目指します 
どこからでも受けられると言うことは
いろいろな場所にいる人との出会いが可能です
受講するにあたり思わぬ出会いと突発的なアイデアが
本講座で生み出されることを期待します
ただ技術を学ぶのではなく
一緒にそれを活かすためにはどうしたら良いか
考える場所として
受講を終えたら一緒に研究を始めることを目指します

Quantum annealing for you

Written by Masayuki OHZEKI
Sponsored by Q-LEAP Creative Subprogram
Special event series organized by Tohoku Forum for Creativity
Online lecture series 2021/05/11,18,25, 06/01, and 06/15 
Online training series 2021/06/05 and 12
Online Graduation test series 2021/06/29 and 2021/06/30

はじめに

 講義内容

第1回 量子アニーリングマシンを操る

1-1. プログラミング環境の準備
1-2. 量子アニーリングマシンのアカウント登録
1-3. 量子アニーリングマシンとは?
1-4. 量子アニーリングマシンを見よう
1-5. 量子アニーリングマシンに計算をさせよう
1-6. 量子アニーリングシミュレータOpenJijを利用しよう

第2回 量子アニーリングマシンでどんな問題が解けるのか

2-1. 荷物分割問題 
2-2. 様々な応用事例を見てみよう
2-3. 全ては二次関数の心を持つこと
2-4. 罰金法で制約条件を課す
2-5. ポートフォリオ最適化問題

第3回 量子アニーリングマシンをもっと知る 

3-1. 添え字が2つでも大丈夫ですか?
3-2.グループ分けの最適化問題

第4回 量子アニーリングマシンでできること

4-1. ボルツマン機械学習への利用
4-2. 渋滞解消の最適化問題

第5回 量子アニーリングと機械学習

5-1. ブラックボックス最適化

講義
2021.05.11 第1回オンラインリアルタイム配信
(YouTube Live: https://youtu.be/iY2Mkj7-hA8
2021.05.18 第2回オンラインリアルタイム配信
(YouTube Live: https://youtu.be/jb51295Fep8
2021.05.25 第3回オンラインリアルタイム配信
(YouTube Live: https://youtu.be/bJxlFl0GevY) 
2021.06.01 (追加公演)第4回オンラインリアルタイム配信
(YouTube Live: https://youtu.be/aNhEpwm89O8) 
2021.06.15 (追加公演)第5回オンラインリアルタイム配信
(YouTube Live:https://youtu.be/7pZB2L7I6EI
  
演習 
2021.06.05 第1回オンラインリアルタイム配信
(YouTube Live: https://youtu.be/ttvxCv0U8Ys
2021.06.12 第2回オンラインリアルタイム配信
(YouTube Live: https://youtu.be/_oQMwseuIhY
 
卒業試験
2021.06.29 前半Group01-20オンラインリアルタイム配信
(YouTube Live:https://youtu.be/lC_lNYuxo2c
2021.06.30 前半Group21-41オンラインリアルタイム配信
(YouTube Live:https://youtu.be/3mWC8MZAVbc

プログラミング初心者の方へ

初めてのプログラミング

 プログラミング環境の導入

初心者の方々が最初につまづくのは、プログラミングをしたい!
と思ったときに一体何から始めたら良いのかということです
そこでプログラミングを行うためのプログラミング環境を導入します
今日ではご自身のPCに導入する必要は必ずしもなく
そこで生じる不都合を回避することができます
ある程度慣れてからご自身のPCでもプログラムを実行できるようにしましょう
代わりに利用するのが Google Colaboratoryです
右側のOpen in Colabのボタンを押して起動しましょう
 

参考動画公開予定

解説コード

 

第1回・量子アニーリングマシンを操る

YouTube Live 2021/05/11 17:00-20:30実施

オンラインリアルタイム配信で学ぶ量子アニーリング
ちょっとプログラムの知識も必要ですから
恐る恐る新しい世界に飛び出して行きましょう
まずは量子アニーリングマシンのこと、それを動かす様子
そして自分の手で動かす手順を紐解いていきましょう

解説コード 

動作を確認しながらの場合はOpen in ColabからGoogle Collaboratoryで「コピーをドライブに保存」のうえ実行してください。

たくさんあった質疑応答の中から

エンべディングを手動にできませんか
EmbeddingComposite()は便利なのですが
実は比較的新しいものでこれを利用することで
D-Waveマシンの結果を包み隠してしまう側面があります
自分でEmbeddingを決めても良いですし
一度探してそれを何度も利用することもできます
しかもチェーンブレイクの後処理方法も自分で設計したり
指定することができます

noteで紹介されました!

今回学んだことはいつまでも使える技術です
何がしたいのか、どうしたら良いのか
自分の考えをそのままコンピュータに手伝ってもらって
形にする作業がプログラミングです。
量子アニーリングマシンを操るプログラムも
最初は難しく感じるかもしれません。
でも一度書いてしまえば
そのままいつでも使える道具となります。

プログラムを変えるだけで自由自在

第2回・量子アニーリングマシンでどんな問題が解けるのか



YouTube Live 2021/05/18 17:00-21:00実施

量子アニーリングは様々な組合せ最適化問題を解くことができる
それではどんな問題を解いてみようか
その問題を作るには数式を利用した「定式化」が必要となってきます
様々に参考になる例を眺めて、自分たちが解きたい問題は何か
少しずつイメージして行きましょう

 

 

量子アニーリングマシンのオプション

これまでsampler.sample_qubo()を利用する際には
QUBO行列またはdict形式を利用して問題を投入するばかりでした
num_readsで答えを吐き出す回数を増やすことができる他にも
量子アニーリングマシンの新しい利用方法を実行することができます
スケジュール機能やポーズ機能、そしてリバースアニーリング機能です

noteで紹介されました!

 

できることが少ない?
やることが少ない!

できることが少ないと人はその限界に目を向けてしまいがちです。
しかし人はその限界を前にして乗り越える努力と
その限界いっぱいまで性能を引き上げたり
その限界ギリギリでできることを最大限工夫をして見出すものです。
シンプルに考えて多様な問題に対応してみましょう。

第3回・量子アニーリングマシンをもっと知る

YouTube Live 2021/05/25 17:00-22:00実施

量子アニーリングマシンを操作していくと
いろいろなことに気づいていったかもしれません。
既存の手法と比べてどうなのだろうか。
もっと性能を引き上げるにはどうしたら良いのだろうか。
どう言った問題が苦手なのだろうか。得意なのだろうか。
そうした疑問に答えつつ、量子アニーリングマシンを操る名人になろう!
量子アニーリングは最適化問題を解く方法として提案され
そして期待され利用されてきました。
しかし実際には既存の手法でも十分な場合は多く
従来の計算機の性能で対応することが可能でした。
しかしやはり量子力学に従うデバイスであることから
サンプリングや量子シミュレーションなど
想定しない利用方法も広がり今日でも研究活動が活発に行われています。
量子アニーリングはまだまだこれから!

最適化だけではない
量子アニーリングの未来

第4回・量子アニーリングマシンでできること

YouTube Live 2021/06/01 17:00-24:00 実施

量子アニーリングマシンを活用してできることは実世界との接点を考えよう!
Volkswagenの交通渋滞の最適化問題やボルツマン機械学習の事例を学び、
最適化をする手前の工程、データを解析する営みを体感して
どんどん活用のチャンスを考えよう。

 

実応用例のバイブル Volkswagenの渋滞解消の最適化問題

今後自分たちの応用例を作るために
最も参考になるのが実応用例のバイブルでもある
Volkswagen社の提案した渋滞解消の最適化問題でしょう
量子アニーリングマシンに投げることを学んだところで
まだまだスタート地点の手前であることを
まざまざと見せつけてくれます
しかしこれを体感すると
ようやくスタート地点であり
地平線を見渡すことができるかと思います

 

まだまだ気になることがある!
知れば知るほど気になってくる!

できることがだんだん増えてくると
これもできるんじゃないか、あれもできるんじゃないか、
と想像が膨らんでいきます。
その想像を実現する力を身につける
それがこの講座の目標です!

第5回・量子アニーリングと機械学習

YouTube Live 2021/06/15 19:00-22:30 実施

QUBO行列を定式化さえすれば最適化ができる
もしも定式化ができなかったら?難しかったら?
入力に対して出力結果がある程度揃うのであれば
機械学習を利用して対応するQUBO行列を推定することができます
これを利用すれば量子アニーリングマシンで最適化もできる?!

ブラックボックス最適化

もしもコスト関数が定式化できないようなものだったら?
そんな時はコスト関数を機械学習で推定しながら解く方法があります!
量子アニーリングを利用するためにコスト関数を定式化しなければならない
それが非常に難しい場合でも
機械学習やベイズ推定、他の理論と組み合わせて
柔軟に対応することができます
アプローチの仕方を変えてみましょう

最適化を超えて
新たに真価を問う

演習編

YouTube Live 2021/06/05 13:00-24:50実施

みんなが考えた量子アニーリングマシンの活用法
最適化される未来、その先に待ち構えている問題
乗り越えていこう!みんなの力で
それぞれのグループのアプリ提案にコメントを送ることができます!
https://forms.gle/UeHMHjZpaeMiLbUu9

 受講生からグラフィックレコードが提出されました! 

qa4u_20210605all1.png QA4Uグラフィックレコードその1 qa4u_20210605all2.png QA4Uグラフィックレコードその2 qa4u_20210605all3.png QA4Uグラフィックレコードその3 qa4u_20210605all4.png QA4Uグラフィックレコードその4 qa4u_20210605all5.png QA4Uグラフィックレコードその5 qa4u_20210605all6.png QA4Uグラフィックレコードその6 qa4u_20210605all7.png QA4Uグラフィックレコードその7 qa4u_20210605all8.png QA4Uグラフィックレコードその8

YouTube Live 2021/06/12 13:00-24:10 実施

事前に出された課題に基づき
それぞれのグループが作業を開始
量子アニーリングマシンを利用したアプリ
サービス、はたまた基礎研究への気づき、新しいプロダクト
その途中経過をお届けします!

Qiitaにていくつかのプロダクト案について紹介しています

noteでも紹介されています!

 

技術が発展していく過程では困難や思わぬ壁が待ち構えている。
思ったよりも性能が出ない、思ったほどに使いやすくない。
でも逃げてばかりもダメだ。難しいことだとしても知恵を絞って
考え抜いた新しいアイデアは、きっと色褪せない未来を作っていけるはず。

量子アニーリングで描く
みんなの未来

卒業試験

YouTube Live 2021/06/29 17:00-22:00実施

最終的に何を作り上げるのか
量子アニーリングに選ばれしグループで
集った仲間とどれだけのものが作れることが分かったのか
それを披露します
受講者はそれぞれ様々なバックグラウンドを持ち
本来業務や学業の合間を縫って短い時間ながら
突き詰めていきました

YouTube Live 2021/06/30 17:00-22:00実施

量子アニーリングに限らず新しい技術は
技術だけでは前に進まない
その技術を使うべきところ使うメリット
相手にするお客さんや利用ユーザーを想定するところ
その全てを緻密に考えなければならない現実を理解する必要があります
集まったメンバーがそれぞれの個性を発揮して
その壁を乗り越えていきましょう
それができるメンバーであることを確認して先に進むために
この夢が終わらないように

 

発表グループ

  • Group: 量子コンピューティングで世界を明るくするチーム
    • 量子コンピューティングで課題解決をしていたら、VR空間に迷い込んだ話
  • Group: νBellQising
    • D-Wave 20μs Qooking
  • Group: 未定 
    • 論文経路探索(仮)
  • Group: ぐるぐる∞ 
    • セカンドオプティマイザーぐるぐる∞
  • Group: Qu-Beats 
    • Qu-Beats
  • Group: Ocha
    • Ocha
  • Group: お肉チーム 
    • 牛Optimizer
  • Group: Layouters 
    • Art for w|all
  • Group: 萩の月 
    • QBox
  • Group: Colorful 
    • Groupinq
  • Group: QUBO列車 
    • 窮膨電車はゴメン(仮)
  • Group: たいぱーず
    • You Board
  • Group: Q_smartTraffic 
    • Q_smartTraffic
  • Group: 未定 
    • 店長お助けくん
  • Group: プロ野球中継ぎ酷使問題
    • SUAREZ
  • Group: qbike
    • QAとWebサービスのブリッジを考えてみた
  • Group: Co
    • 一票の格差最小化
  • Group: Qarent
    • Qarent
  • Group 未定
    • 脱!"負"動産Ears席替え(仮)
  • Group: PlaKnots
    • QuaRail
  • Group: 目指せ!グループ分けの鉄板ツール(仮)
    • わけるん(仮)
  • Group: 未定
    • HIRAU
  • Group: Qool Consulting
    • Q Fit
  • Group: Bestri
    • Bestri
  • Group: アガペーズ
    • Quantum Pairing
  • Group: team とぷら(TOwn PLAner)
    • QUBO TOWN(QAによる最適な都市計画)
  • Group: 未定
    • 地中探査予測
技術が発展していく過程では困難や思わぬ壁が待ち構えている。
思ったよりも性能が出ない、思ったほどに使いやすくない。
でも逃げてばかりもダメだ。難しいことだとしても知恵を絞って
考え抜いた新しいアイデアは、きっと色褪せない未来を作っていけるはず。

量子アニーリングで描く
みんなの未来

参考資料

量子アニーリングプログラム事例

TBA

量子アニーリング関連動画

TBA

量子アニーリング関連書籍

量子アニーリングの基礎」:西森秀稔・大関真之共著(共立出版)

量子コンピュータが人工知能を加速する」:西森秀稔・大関真之共著(日経BP)

量子コンピュータが変える未来」:寺部雅能・大関真之共著(オーム社)

後援・協力

文部科学省Q-LEAP独創的サブプログラム
「実践的研究開発による全国的量子ネイティブの育成

量子アニーリング研究開発センター
T-QARD

量子コンピューティング共同研究講座
T-STARS

株式会社シグマアイ

株式会社Jij