El primer hackathon de computación cuántica del Reino Unido desafió a equipos de estudiantes y científicos noveles a idear soluciones cuánticas novedosas para problemas de la vida real.
Nueve equipos de estudiantes de investigación y científicos noveles se alinearon a finales de julio para competir en el primer concurso del Reino Unido. hackathon de computación cuántica. Organizado por el Centro Nacional de Computación Cuántica (NQCC) en colaboración con QuantX, el evento desafió a los equipos a idear soluciones cuánticas novedosas a problemas planteados por usuarios finales como BT, el NHS y Rolls Royce.
Al final del evento de dos días, varios equipos habían ejecutado sus algoritmos en hardware cuántico proporcionado por los socios tecnológicos IBM, Oxford Quantum Circuits y AWS. Otros, que habían desarrollado soluciones más allá de las capacidades de los procesadores cuánticos actuales, probaron sus soluciones en simuladores cuánticos, con expertos en programación de cada uno de los proveedores de tecnología disponibles para brindar apoyo y asesoramiento. "Hemos estado consultando con los equipos durante todo el evento y ayudando con algunos de los códigos más técnicos", dijo Frank Harkins de IBM. "Algunos tienen una buena visión de dónde ir y cómo usar el código, mientras que a otros les hemos ayudado con un poco de teoría y algoritmos".
Los mentores de cada una de las organizaciones de usuarios finales también trabajaron junto con los equipos para ofrecer conocimiento experto del dominio, explicar el contexto del problema y guiar a los piratas informáticos hacia posibles soluciones. El reto de Rolls Royce, por ejemplo, era predecir la vida útil de un motor a reacción basándose en los datos registrados durante el funcionamiento. "En primer lugar, planteé el caso de uso y, a partir de ahí, los guié a través del aprendizaje automático cuántico como posible enfoque", comentó el mentor Jarrett Smalley, uno de los especialistas en computación cuántica de la empresa. "Se les ocurrió un enfoque novedoso que combina algunas ideas existentes de una manera nueva, y ha sido realmente genial verlo desarrollarse desde la nada hasta convertirse en un modelo funcional en solo dos días".
Otro problema, planteado por el NHS, desafió a los piratas informáticos a idear una estrategia para asignar camas a los pacientes teniendo en cuenta al mismo tiempo diversas limitaciones. "Es un problema extremadamente complejo que normalmente lo resuelven personas sobre el terreno con mucho conocimiento del campo", explicó el mentor Dan Schofield, científico de datos senior de la Dirección de Transformación del NHS. "Probablemente estemos a unos pasos de tener computación cuántica en el NHS, pero ha sido realmente interesante descubrir cómo los enfoques cuánticos podrían resolver el tipo de problemas que estamos analizando".
El hackathon fue el primer evento práctico organizado por el NQCC para reunir a desarrolladores cuánticos, usuarios finales y proveedores de tecnología para trabajar en problemas del mundo real. En mayo de 2022 lanzó su programa de descubrimiento de aplicaciones SparQ, cuyo objetivo es brindar a los usuarios finales la oportunidad de experimentar con algoritmos y hardware cuánticos para abordar casos de uso relevantes dentro de su sector. "Se trata de hacer crecer la comunidad de usuarios de la computación cuántica", dijo el director del NQCC, Michael Cuthbert. "No hay nada como ejecutar un fragmento de código usted mismo y ejecutarlo en una computadora cuántica real para interactuar con la tecnología y comprender sus capacidades".
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Cuthbert se ha sentido alentado por el nivel de interés y compromiso en el hackathon. "Tuvimos un exceso de solicitudes de plazas y hemos contado con un excelente apoyo de nuestros socios de la industria y de los proveedores de tecnología cuántica", dijo. "Los equipos de hackers han estado increíblemente comprometidos y entusiasmados (algunos estuvieron trabajando en su solución hasta bien entrada la noche) y han trabajado juntos de manera extremadamente efectiva para encontrar algunas soluciones impresionantes en un corto período de tiempo".
Para los estudiantes e investigadores que formaron los equipos, el hackathon ofreció información valiosa sobre las ventajas que los algoritmos cuánticos a corto plazo podrían ofrecer para aplicaciones industriales. María Violaris, estudiante de doctorado de la Universidad de Oxford, estaba trabajando en un problema de persecución y evasión planteado por la empresa de defensa MBDA. Su equipo estaba tratando de entrenar una red neuronal cuántica para encontrar la mejor estrategia para que un cazador (el "monstruo") alcance el objetivo (la "princesa") en el menor tiempo posible, un problema que es relevante no solo para el sector de defensa, sino también a otras aplicaciones como control de tráfico o sistemas de seguridad en museos y galerías de arte.
"Ha sido realmente bueno tener dos días en los que estás completamente concentrado en un proyecto y tomar un caso de uso y conectarlo nuevamente con los algoritmos cuánticos que podrían usarse para resolver el problema", comentó Violaris. “Hemos avanzado mucho dado el corto plazo y generamos algunos resultados prometedores cuando probamos el algoritmo tanto en un simulador cuántico como en un procesador cuántico real. Ha sido una excelente manera de acelerar el aprendizaje”.
Este rápido progreso fue posible en parte gracias a un enfoque estructurado en la selección de equipos. Chiara Decaroli, del NQCC, responsable de organizar el evento, explica que, como parte del proceso de solicitud, se pidió a los posibles piratas informáticos que especificaran su nivel de habilidad, así como su experiencia previa con la programación cuántica. "Creamos equipos con personas de diferentes disciplinas y con una variedad de habilidades, incluidos relativamente principiantes en el campo cuántico que sabían cómo construir algoritmos o modelos", explicó. "Los equipos identificaron rápidamente quién de ellos tenía la experiencia para realizar cada tarea específica, y eso tuvo un gran impacto en los resultados que produjeron en muy poco tiempo".
Eden Schirman, estudiante de maestría del Imperial College de Londres, ciertamente sintió el beneficio de ese enfoque. Fue asignado a un equipo que trabajaba con THALES para desarrollar un algoritmo cuántico para detectar anomalías en los datos de sonar registrados por submarinos, que podrían ser generados por submarinos enemigos o misiles con una firma desconocida. “Al principio pedí que me pusieran en un equipo con otras personas de Imperial, pero fue una decisión inteligente mezclar los equipos”, dijo. “Ha sido bueno colaborar con gente nueva, escuchar nuevas ideas y trabajar en un algoritmo cuántico que está relacionado con mi investigación pero no es el mismo. Me ha abierto la mente a nuevas direcciones para desarrollar algoritmos cuánticos”.
Schirman también valoró las aportaciones de THALES y de los expertos técnicos de IBM. “Nuestro mentor de la industria nos habló sobre el caso de uso y los datos, así como las implementaciones y algoritmos clásicos que se usan típicamente, mientras que dos especialistas de IBM nos ayudaron durante todo el evento con la implementación y con nuevas ideas para algoritmos cuánticos. Ha sido realmente útil tener acceso a ese conocimiento y obtener un punto de vista diferente”.
Al final del hackathon, apenas 30 horas después de que comenzara el día anterior, los equipos presentaron sus soluciones a todos los demás participantes, así como a un panel de jueces que incluía a Cuthbert, Decaroli y expertos cuánticos tanto de la industria como del mundo académico. “Todas las presentaciones fueron increíbles”, dijo Decaroli. "El criterio para nosotros, los jueces, era observar la creatividad de la solución, si el equipo había investigado la escalabilidad de su enfoque hacia máquinas cuánticas más potentes y qué tan bien presentaron sus resultados y respondieron cualquier pregunta".
El equipo ganador, que se autodenominó Quassian, había estado trabajando con MDBA en un enfoque de aprendizaje automático cuántico para acelerar simulaciones complejas en ingeniería aeroespacial. El grupo de Rolls Royce, asesorado por Smalley, quedó en segundo lugar, mientras que en tercer lugar quedó un equipo patrocinado por BT que probó diferentes métodos cuánticos y clásicos para optimizar el rendimiento de conjuntos de antenas 2D. "Todas las presentaciones demostraron una enorme cantidad de trabajo, compromiso y entusiasmo durante los últimos días", comentó Cuthbert, antes de entregar los premios a los equipos ganadores. "Ha hecho amigos y contactos que permanecerán con usted por el resto de su carrera y espero que sea solo el comienzo de su compromiso con la computación cuántica y el NQCC".
El éxito del evento allana el camino para futuros hackathons, probablemente centrados en sectores industriales específicos para alentar a más profesionales que inician su carrera a participar. También proporciona al equipo del NQCC un trampolín útil para su compromiso continuo con el creciente ecosistema cuántico del Reino Unido. "El hackathon resume todos los elementos clave de SparQ, pero a menor escala", dijo Decaroli. "Podemos ampliar esta plantilla de hackathon a proyectos a más largo plazo en los que los desarrolladores cuánticos, los usuarios finales y los proveedores de tecnología puedan trabajar juntos para desarrollar soluciones más complejas y probarlas en múltiples plataformas de hardware".
