Hackathon ofrece una visión del potencial cuántico – Physics World

Los tranquilos y silenciosos pasillos del Edificio de Enseñanza y Aprendizaje de la Universidad de Birmingham ofrecieron pocos indicios de los intensos esfuerzos realizados por los diez equipos que participaron en el segundo hackathon cuántico organizado por el Centro Nacional de Computación Cuántica (NQCC) del Reino Unido. Tuvieron sólo dos días para idear soluciones cuánticas a problemas del mundo real planteados por usuarios finales, desde el Servicio Nacional de Salud (NHS) y el National Grid hasta Rolls Royce y los especialistas financieros Nomura, y para probar sus enfoques en plataformas de hardware de diferentes proveedores de tecnología.

"Ha sido una gran experiencia que realmente nos ha permitido profundizar en un caso de uso que es relevante para muchos de nuestros clientes", afirmó Salvatore Sinno, especialista en I+D del proveedor de soluciones digitales Unisys. "Nuestro equipo ha sido excepcional y ofrecer una solución en tan solo dos días demuestra que todo es posible cuando se cuentan con las habilidades adecuadas y la interacción adecuada entre especialistas en negocios, investigación y hardware".

En comparación con el evento del año pasado, que fue el primero de este tipo en el Reino Unido, la edición de 2023 experimentó un aumento significativo en la participación, particularmente del sector comercial. "El año pasado estábamos entusiasmados con el nivel de entusiasmo y compromiso durante el hackathon", dijo Michael Cuthbert, director del NQCC. "Este año tenemos más socios industriales que exponen a nuestros piratas informáticos a una gama más amplia de casos de uso, además hay más empresas que brindan acceso a sus plataformas de hardware en comparación con el año pasado".

En algunos casos, los piratas informáticos obtuvieron acceso exclusivo a plataformas de hardware que no están disponibles públicamente, lo que les permitió adquirir experiencia en el uso de diferentes máquinas y modalidades. "Esa es una medida de la madurez del panorama tecnológico en la computación cuántica", continuó Cuthbert. "Es emocionante poder explorar las diferencias y similitudes entre las plataformas y ver qué tipo de rendimiento se puede lograr en la gama de tecnologías que tenemos disponibles".

La computación cuántica es un área bastante nueva para nosotros y queríamos comprender sus capacidades y limitaciones actuales.

Fazal Chaudry, Reino Unido

Uno de los objetivos principales del evento fue crear conciencia sobre las capacidades actuales de la computación cuántica entre diferentes organizaciones y empresas, y brindar a los participantes experiencia práctica en la escritura de algoritmos cuánticos y su ejecución en una computadora cuántica real. Los piratas informáticos eran en su mayoría estudiantes de doctorado y científicos principiantes con distintos niveles de experiencia en computación cuántica, mientras que cada equipo también incluía a un especialista técnico de uno de los proveedores de hardware más un mentor de la industria para explicar y contextualizar el caso de uso.

Si bien algunos de los socios de la industria ya habían comenzado a desarrollar su propia experiencia en computación cuántica, para otros el hackathon ofreció una valiosa primera mirada a los algoritmos y hardware cuánticos emergentes. "La computación cuántica es un área bastante nueva para nosotros y queríamos comprender sus capacidades y limitaciones actuales", dijo Fazal Chaudry, ingeniero principal de sistemas de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA). "Creamos un caso de uso para el equipo basado en un problema de fusión nuclear que normalmente estudiaríamos mediante simulación clásica, y queríamos ver si podíamos abordar el mismo problema con una computadora cuántica".

La conclusión de Chaudry, al menos a mitad del evento, fue que las computadoras cuánticas aún no han llegado a ese punto. "El equipo ha desarrollado algunos algoritmos que en principio podrían resolver el problema, pero el hardware aún no está lo suficientemente maduro como para ofrecernos una ventaja de rendimiento", afirmó. "Pero es un punto de partida útil y nos ofrece una manera de comprender lo que debemos hacer".

Un importante punto de aprendizaje para Chaudry fue que las computadoras cuánticas requieren una forma diferente de abordar el problema matemático. "En lugar de intentar traducir un problema clásico existente a una computadora cuántica, necesitamos repensar la forma en que codificamos la información para lograr una aceleración", continuó. "Es posible que necesitemos representar el problema de una manera muy diferente, pero en ese caso todavía necesitamos una métrica para comparar el rendimiento y probar si una computadora cuántica puede ofrecer una ventaja genuina".

Equilibramos cuidadosamente los equipos para combinar diferentes áreas de experiencia y distintos niveles de habilidades en computación cuántica.

Daisy Shearer, NQCC

Mientras tanto, para los piratas informáticos, el evento ofreció la oportunidad de mejorar sus habilidades existentes en computación cuántica, aprender sobre posibles casos de uso en diferentes sectores industriales y ver cómo la tecnología podría explotarse en otros campos de investigación. "Equilibramos cuidadosamente los equipos para combinar diferentes áreas de experiencia y distintos niveles de habilidad en computación cuántica", explicó Daisy Shearer del NQCC, quien dirigió el evento de este año. "Tenemos personas con experiencia en ingeniería y química que han estado compartiendo sus conocimientos en el campo, mientras que personas con más experiencia en computación cuántica han estado expuestas a diferentes problemas de la industria y tecnologías de hardware".

Para la estudiante de doctorado Annie Paine, que ya ha estado trabajando con algoritmos cuánticos en su proyecto de investigación, el hackathon ofreció la oportunidad de enriquecer su conocimiento sobre diferentes técnicas de codificación. "Hace tiempo que quería aprender sobre una técnica llamada incrustación equivariante, pero no ha sido la principal prioridad durante mi doctorado", explicó. "Tener dos días en los que realmente puedo concentrarme en ello ha sido realmente bueno, además he visto cómo este método en particular se puede aplicar al problema de la secuenciación del ADN".

Mientras tanto, Fergus Hayes, un investigador postdoctoral que ha estado investigando cómo la computación cuántica podría usarse para detectar ondas gravitacionales en grandes conjuntos de datos astronómicos, estaba entusiasmado de explorar la variedad de estrategias que se pueden implementar para abordar un problema particular. "Hemos estado trabajando con el NHS en un problema de vendedor ambulante en el que necesitamos encontrar el camino óptimo entre diferentes centros de salud", explicó. "Ya he estado expuesto a nuevas ideas y nuevas herramientas que podría utilizar en mi investigación, además espero tener una imagen aún más amplia cuando escuchemos lo que han estado haciendo los otros equipos".

Tanto Paine como Hayes valoraron la oportunidad de compartir experiencias con otras personas que trabajan en este campo y descubrir cómo se podrían aplicar herramientas y técnicas cuánticas similares en diferentes escenarios prácticos. De hecho, muchos de los casos de uso involucraron alguna forma de optimización, lo cual es un problema matemático desafiante incluso para las computadoras clásicas más poderosas. "Creemos que la computación cuántica ya puede ofrecer algunos beneficios para estos grandes problemas de optimización", dijo Sinno, cuyo caso de uso se centró en el rompecabezas logístico de encaminar vehículos de carga a múltiples destinos dentro de períodos de tiempo específicos. "Este caso de uso es muy importante para nosotros, ya que es el tipo de problema que nuestros clientes nos presentan a menudo".

Superando las limitaciones

Para Sinno, trabajar junto con los estudiantes y los proveedores de tecnología le ofreció nuevos conocimientos sobre su caso de uso particular. "Encontramos una manera de superar las limitaciones actuales del hardware, pero nos demostró que la computación cuántica aún no está lo suficientemente madura para abordar todo tipo de problemas", dijo. "Realmente es necesario reunir a todos (las empresas, la comunidad de investigación y los proveedores de tecnología) para identificar los casos de uso correctos y traducirlos en problemas que puedan beneficiarse de las computadoras cuánticas actuales".

Chaudry está de acuerdo y señala que la escala limitada de las plataformas de hardware actuales no es el único obstáculo que impide una adopción más generalizada de la tecnología. "Cuando programamos computadoras clásicas no tenemos conocimiento de lo que sucede en su interior, pero descubrimos que realmente es necesario comprender el funcionamiento interno del hardware cuántico para que el código funcione", dice. "Necesitamos algoritmos de nivel superior que permitan a los usuarios finales como nosotros alejarnos de ese pensamiento basado en máquinas y centrarnos más en resolver nuestro problema particular".

El hackathon me ha hecho hincapié en que también debemos centrarnos en la usabilidad de nuestro hardware.

Dave Roberts, Computación ORCA

Dave Roberts de ORCA Computing se hizo eco de esa opinión, que había proporcionado a los piratas informáticos acceso privado a su plataforma fotónica durante el evento. "Desde el punto de vista del hardware, el factor constante es hacer que nuestros dispositivos sean más potentes, pero el hackathon me ha enfatizado que también debemos centrarnos en la usabilidad de nuestro hardware", dijo. "Para atraer usuarios finales que tal vez no jueguen con computadoras cuánticas todos los días, debemos proporcionar herramientas más poderosas en la pila de software para facilitar la transición de los problemas del mundo real a un código que pueda ejecutarse en una computadora cuántica".

Este descubrimiento y aprendizaje compartido entre las partes interesadas clave en el ecosistema cuántico del Reino Unido es exactamente el tipo de resultado que el NQCC esperaba lograr con el evento. "Queríamos que nuestros equipos exploraran los tipos de problemas que pueden abordar las computadoras cuánticas y descubrieran si la tecnología ofrece la escala, el rendimiento y la madurez para abordar los casos de uso proporcionados por nuestros socios de la industria", dijo Cuthbert. "A partir de las soluciones innovadoras que presentaron al final del hackathon, me queda claro que todos nuestros participantes han aprendido algo que pueden llevar adelante más allá de estos dos días".

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/hackathon-offers-glimpse-of-quantum-potential/