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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Patrick Cardinal


PLAN DE COURS

Hiver 2024
GTI755 : Apprentissage machine quantique (3 crédits)





Préalables
Aucun préalable requis
Unités d'agrément




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

Ce cours vise à acquérir des connaissances dans le domaine l’informatique quantique appliquées à l’intelligence artificielle, comprendre les contraintes des ordinateurs quantiques et comment les utiliser pour améliorer les performances des algorithmes d’apprentissage classiques.

Au terme de ce cours, l’étudiante ou l’étudiant sera en mesure de : comprendre les éléments fondamentaux de l’apprentissage machine quantique; identifier les problèmes ou sous-problèmes de l’apprentissage machine qui peuvent être résolus sur un ordinateur quantique; développer des algorithmes d’apprentissage pour les ordinateurs quantiques; structurer le problème pour une utilisation optimale des différentes composantes informatiques.

Encodage des données. Espaces d’Hilbert et Hamiltonien. Réseaux de neurones quantiques. Optimisation des noyaux sur les processeurs quantiques. Particularités des différents types algorithmes d’apprentissage automatiques dans le modèle quantique.




Objectifs du cours

Apprentissage des principaux blocs de l'apprentissage machine quantique. Utilisation de Pennylane dans la construction et l'application des algoritmes. Apprentissafes des principaux algorithmes de l'apprentissage machine quantique. Apprentissage des contraintes et limitations des technologies actuelles. 




Stratégies pédagogiques

Méthode Feynman. Présentation, intéraction avec les étudiants. Poser des questions. Support de slides et tableaux. 




Utilisation d’appareils électroniques

Ordinateurs portables. 




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 13:30 - 15:30 Laboratoire (Groupe A)
Mardi 15:30 - 17:30 Laboratoire (Groupe B)
Jeudi 08:30 - 12:00 Activité de cours



Coordonnées du personnel enseignant le cours
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Christophe Pere Activité de cours christophe.pere@ens.etsmtl.ca
01 Christophe Pere Laboratoire (Groupe A) christophe.pere@ens.etsmtl.ca



Cours

Plan du cours

  • Semaine 1: Présentation, déroulement, examens, introduction au QML, présentation personne externe
  • Semaine 2: Apprentissage Machine Classique 
  • Semaine 3: Utilisation de Pennylane pour le calcul quantique et l'apprentissage machine quantique, exemples de classifieurs
  • Semaine 4: Méthodes d'encodage
  • Semaine 5: Blocs fondamentaux du QML 
  • Semaine 6: Optimisation quantique 
  • Semaine 7: Examen intra 
  • Semaine 8: Réseaux de neurones quantiques (QNN) 
  • Semaine 9: Noyaux quantiques (quantum kernels) 
  • Semaine 10: Algorithmes variationels quantiques (VQA)
  • Semaine 11:  Algorithmes variationels par méthode de recuit quantique 
  • Semaine 12: Applications du QML 
  • Semaine 13: Quand la recherche est un échec: Cas du QML 



Laboratoires et travaux pratiques

Durant les laboratoires, des exercices applicatifs du cours seront proposés. Les étudiants pourront aussi travailler sur le devoir qu'ils doivent remettre à la fin de la session. 




Utilisation d'outils d'ingénierie

Le langage python ainsi que des librairies d'apprentissage machine classique et quantique seront utilisés (scikit-learn, pytorch, pennylane, qiskit, squlearn). 




Évaluation

Le cours aura trois méthodes d'évaluations:

  • Examen intra: Oral sur la vulgarisation scientifique d'une thématique du QML (30%) 
  • Devoir: Reproduction d'un papier scientifique avec remise de code et rapport (équipe) (35%) 
  • Examen final: Présentation orale du devoir qui évaluera la compréhension de la méthode scientifique appliquée, des algorithmens de QML, et de la reproduction des résultats. Bonus: tester plus de choses que ce qu'il y a dans le papier (équipe) (35%) 



Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 15 février 2024



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : https://www.etsmtl.ca/programmes-et-formations/horaire-des-examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.



Absence à une évaluation
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Infractions de nature académique
À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page "Citer, pas plagier !" (https://www.etsmtl.ca/Etudes/citer-pas-plagier). Les clauses du règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS (« Règlement ») s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique) pour identifier les actes qui constituent des infractions de nature académique au sens du Règlement ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignant(e) du cours.

Dispositions additionnelles

Les étudiants sont autorisés à prendre du code existant dans des librairies et github. Cependant, les étudiants doivent mentionner la source du code et savoir expliqué le fonctionnement. L'objectif du devoir est d'être capable de réimplanter un pipeline. 




Documentation obligatoire

Pas de documentation obligatoire. Le matériel sera transmis par des présentations basées sur des ouvrages de références. 




Ouvrages de références

Lien vers le manuel Machine Learning with Quantum Computers de Maria Schuld & Francesco Petruccione 

Lien vers le manuel A Practical Guide to Quantum Machine Learning and Quantum Optimization de Elías F. Combarro , Samuel González-Castillo




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Lien vers le Xanadu Codebook

Lien vers le IBM Qiskit textbook

Lien repo GitHub pour des papiers sur le QML