Hackathon giver et glimt af kvantepotentiale – Physics World

Hackathon giver et glimt af kvantepotentiale – Physics World

Tidsstempel: 23. august 2023 kl. 11

Storbritanniens andet kvantehackathon udfordrede ti hold af tidlige karriereforskere, industrimentorer og hardwarespecialister til at skabe kvanteløsninger på problemer i den virkelige verden på kun to dage

Hackathon gruppe
Teamspillere: Storbritanniens andet kvantehackathon, arrangeret af National Quantum Computing Centre, gjorde det muligt for kandidatstuderende og tidlige karriereforskere at arbejde sammen med førende hardwareudbydere såvel som branchementorer fra forskellige slutbrugerorganisationer (Courtesy: NQCC)

De rolige og dæmpede korridorer i University of Birminghams Teaching and Learning Building gav ingen indikation af den intense indsats, der blev gjort af de ti hold, der deltager i det andet kvantehackathon, der skal arrangeres af Storbritanniens National Quantum Computing Center (NQCC). De havde kun to dage til at udtænke kvanteløsninger på problemer i den virkelige verden sat af slutbrugere lige fra National Health Service (NHS) og National Grid til Rolls Royce og finansielle specialister Nomura, og til at teste deres tilgange på hardwareplatforme fra forskellige teknologiudbydere.

"Det har været en fantastisk oplevelse, som virkelig har givet os mulighed for at tage et dybt dyk ned i en use case, der er relevant for mange af vores kunder," sagde Salvatore Sinno, en R&D-specialist hos udbyderen af ​​digitale løsninger, Unisys. "Vores team har været enestående, og at levere en løsning inden for kun to dage viser, at alt er muligt, når du har de rigtige færdigheder og den rette interaktion mellem forretning, forskning og hardwarespecialister."

Sammenlignet med sidste års begivenhed, som var den første af sin type i Storbritannien, oplevede 2023-udgaven et betydeligt løft i deltagelsen, især fra den kommercielle sektor. "Vi var spændte sidste år på niveauet af entusiasme og engagement under hele hackathonet," sagde Michael Cuthbert, direktør for NQCC. "I år har vi flere industripartnere, som udsætter vores hackere for en bredere vifte af use cases, plus der er flere virksomheder, der giver adgang til deres hardwareplatforme sammenlignet med sidste år."

I nogle tilfælde fik hackerne eksklusiv adgang til hardwareplatforme, der ikke er offentligt tilgængelige, hvilket giver dem mulighed for at få erfaring med at bruge forskellige maskiner og modaliteter. "Det er et mål for det modne teknologilandskab inden for kvantecomputere," fortsatte Cuthbert. "Det er spændende at kunne udforske forskellene og lighederne mellem platformene og se, hvilken slags ydeevne der kan opnås på tværs af den række af teknologier, vi har til rådighed."

Quantum computing er et ganske nyt område for os, og vi ønskede at få en forståelse af dets nuværende muligheder og begrænsninger

Fazal Chaudry, UKAEA

Et af de primære mål for begivenheden var at skabe bevidsthed om de nuværende muligheder inden for kvantecomputere blandt forskellige organisationer og virksomheder, og at give deltagerne praktisk erfaring med at skrive kvantealgoritmer og køre dem på en rigtig kvantecomputer. Hackerne var for det meste ph.d.-studerende og videnskabsmænd i den tidlige karriere med varierende niveauer af erfaring med kvantecomputere, mens hvert hold også inkluderede en teknisk specialist fra en af ​​hardwareudbyderne plus en branchementor til at forklare og kontekstualisere brugssagen.

Hackere ved en tavle
Spol frem: Hackerne fik kun to dage til at forstå deres use case, udtænke en kvanteløsning og skrive den nødvendige kode for at køre og teste deres algoritme på en rigtig kvantecomputer (Courtesy: NQCC)

Mens nogle af industripartnerne allerede var begyndt at udvikle deres egen ekspertise inden for kvanteberegning, tilbød hackathonet for andre et værdifuldt første kig på nye kvantealgoritmer og hardware. "Quantum computing er et ganske nyt område for os, og vi ønskede at få en forståelse af dets nuværende muligheder og begrænsninger," sagde Fazal Chaudry, en ledende systemingeniør ved UK Atomic Energy Authority (UKAEA). "Vi lavede en use case for holdet baseret på et problem inden for kernefusion, som vi normalt ville studere ved hjælp af klassisk simulering, og vi ville se, om vi kunne løse det samme problem med en kvantecomputer."

Chaudrys konklusion, i det mindste halvvejs gennem begivenheden, var, at kvantecomputere ikke helt er der endnu. "Teamet har udviklet nogle algoritmer, der i princippet kunne løse problemet, men hardwaren er stadig ikke moden nok til at give os en ydeevnefordel," sagde han. "Men det er et nyttigt udgangspunkt, og det giver os en måde at forstå, hvad vi skal gøre."

Et vigtigt læringspunkt for Chaudry var, at kvantecomputere kræver en anden måde at gribe det matematiske problem an på. "I stedet for at forsøge at oversætte et eksisterende klassisk problem til en kvantecomputer, er vi nødt til at genoverveje den måde, vi koder information på for at opnå en hastighed," fortsatte han. "Vi bliver måske nødt til at repræsentere problemet på en meget anderledes måde, men i så fald har vi stadig brug for en metrik til at sammenligne ydeevnen og teste, om en kvantecomputer kan tilbyde en reel fordel."

Vi afbalancerede omhyggeligt holdene for at kombinere forskellige ekspertiseområder og varierende færdighedsniveauer inden for kvanteberegning

Daisy Shearer, NQCC

For hackerne bød begivenheden i mellemtiden på en mulighed for at forbedre deres eksisterende færdigheder inden for kvantecomputere, lære om potentielle use cases i forskellige industrisektorer og for at se, hvordan teknologien kan udnyttes i andre forskningsfelter. "Vi afbalancerede omhyggeligt holdene for at kombinere forskellige ekspertiseområder og varierende færdighedsniveauer inden for kvantecomputere," forklarede NQCC's Daisy Shearer, som ledede dette års begivenhed. "Vi har folk fra ingeniør- og kemibaggrunde, som har delt deres domæneviden, mens folk med mere erfaring med kvantecomputere er blevet udsat for forskellige industriproblemer og hardwareteknologier."

For ph.d.-studerende Annie Paine, som allerede har arbejdet med kvantealgoritmer i sit forskningsprojekt, tilbød hackathonet chancen for at berige hendes viden om forskellige kodningsteknikker. "Jeg har ønsket at lære om en teknik kaldet ækvivariant indlejring i et stykke tid, men det har ikke været topprioriteten under min ph.d.," forklarede hun. "At have to dage, hvor jeg virkelig kan fokusere på det, har været rigtig godt, plus jeg har set, hvordan denne særlige metode kan anvendes på problemet med DNA-sekventering."

Fergus Hayes, i mellemtiden, en post-doc forsker, der har undersøgt, hvordan kvanteberegning kan bruges til at detektere gravitationsbølger i store astronomiske datasæt, var begejstret for at udforske rækken af ​​strategier, der kan implementeres for at tackle et bestemt problem. "Vi har arbejdet med NHS på et rejsende sælgerproblem, hvor vi skal finde den optimale vej mellem forskellige sundhedscentre," forklarede han. "Jeg har allerede været udsat for nye ideer og nye værktøjer, som jeg måske kan bruge i min forskning, plus jeg håber på at få et endnu bredere billede, når vi hører om, hvad de andre teams har lavet."

Kvante hackere
I zonen: hackerne værdsatte muligheden for at dele deres viden og erfaring med forskellige kvanteberegningsteknikker (Courtesy: NQCC)

Både Paine og Hayes værdsatte muligheden for at dele erfaringer med andre mennesker, der arbejder i feltet, og for at finde ud af, hvordan lignende kvanteværktøjer og -teknikker kunne anvendes i forskellige praktiske scenarier. Faktisk involverede mange af use cases en form for optimering, hvilket er et udfordrende matematisk problem selv for de mest kraftfulde klassiske computere. "Vi mener, at kvanteberegning allerede kan tilbyde nogle fordele for disse store optimeringsproblemer," sagde Sinno, hvis brugssag centrerede omkring det logistiske puslespil med at dirigere fragtkøretøjer til flere destinationer inden for bestemte tidsvinduer. "Denne use case ligger vores hjerte meget nær, da det er den type problem, som vores kunder ofte præsenterer os for."

Overvinde begrænsninger

For Sinno tilbød arbejdet sammen med eleverne og teknologiudbyderne ny indsigt i hans særlige use case. "Vi fandt en måde at overvinde de nuværende begrænsninger af hardwaren, men den viste os, at kvantecomputere stadig ikke er moden nok til at tackle alle typer problemer," sagde han. "Du skal virkelig bringe alle sammen - forretningen, forskningsmiljøet og teknologiudbyderne - for at identificere de rigtige use cases og omsætte dem til problemer, der kan drage fordel af nutidens kvantecomputere."

Chaudry er enig og påpeger, at det begrænsede omfang af nuværende hardwareplatforme ikke er den eneste hindring, der forhindrer en mere udbredt anvendelse af teknologien. "Når vi programmerer klassiske computere, har vi ingen viden om, hvad der sker indeni, men vi fandt ud af, at du virkelig skal forstå kvantehardwarens indre funktion for at få koden til at fungere," siger han. "Vi har brug for algoritmer på højere niveau for at give slutbrugere som os mulighed for at bevæge sig væk fra den maskinbaserede tænkning og fokusere mere på at løse vores særlige problem."

Hackathonet har understreget for mig, at vi også skal fokusere på vores hardwares anvendelighed

Dave Roberts, ORCA Computing

Det synspunkt blev gentaget af Dave Roberts fra ORCA Computing, som havde givet hackerne privat adgang til sin fotonikplatform under begivenheden. "Fra et hardwaresynspunkt er den konstante drivende faktor at gøre vores enheder mere kraftfulde, men hackathonet har understreget for mig, at vi også skal fokusere på vores hardwares anvendelighed," sagde han. "For at bringe slutbrugere ind, som måske ikke leger med kvantecomputere hver dag, er vi nødt til at levere mere kraftfulde værktøjer i softwarestakken for at lette overgangen fra virkelige problemer til kode, der kan køre på en kvantecomputer."

En sådan fælles opdagelse og læring blandt nøgleinteressenter i Storbritanniens kvanteøkosystem er præcis den slags resultat, som NQCC håbede at opnå fra begivenheden. "Vi ønskede, at vores teams skulle udforske de typer problemer, der kan løses af kvantecomputere, og finde ud af, om teknologien tilbyder skalaen, ydeevnen og modenheden til at nærme sig de use cases, som vores industripartnere tilbyder," sagde Cuthbert. "Fra de innovative løsninger, de præsenterede i slutningen af ​​hackathonet, er det klart for mig, at alle vores deltagere har lært noget, som de kan tage videre ud over disse to dage."

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden