Le premier hackathon d'informatique quantique au Royaume-Uni a mis des équipes d'étudiants et de scientifiques en début de carrière au défi de concevoir de nouvelles solutions quantiques à des problèmes réels.
Neuf équipes d'étudiants chercheurs et de scientifiques en début de carrière se sont alignées fin juillet pour participer au premier concours britannique hackathon sur l'informatique quantique. Organisé par le Centre National d'Informatique Quantique (CNQCC) en collaboration avec QuantX, l'événement a mis les équipes au défi de concevoir de nouvelles solutions quantiques aux problèmes posés par les utilisateurs finaux tels que BT, le NHS et Rolls Royce.
À la fin de l'événement de deux jours, plusieurs équipes avaient exécuté leurs algorithmes sur du matériel quantique fourni par les partenaires technologiques IBM, Oxford Quantum Circuits et AWS. D'autres, qui avaient développé des solutions dépassant les capacités des processeurs quantiques actuels, ont testé leurs solutions sur des simulateurs quantiques, avec des experts en programmation de chacun des fournisseurs de technologie disponibles pour fournir assistance et conseils. "Nous avons contacté les équipes tout au long de l'événement et aidé avec certains codes plus techniques", a déclaré Frank Harkins d'IBM. "Certains ont une bonne vision de l'endroit où aller et de la manière d'utiliser le code, tandis que pour d'autres, nous avons aidé avec un peu de théorie et d'algorithmes."
Des mentors de chacune des organisations d'utilisateurs finaux ont également travaillé aux côtés des équipes pour offrir des connaissances spécialisées dans le domaine, expliquer le contexte du problème et guider les pirates informatiques vers des solutions potentielles. Le défi lancé par Rolls Royce, par exemple, était de prédire la durée de vie d'un moteur à réaction à partir des données enregistrées pendant son fonctionnement. "Tout d'abord, j'ai défini le cas d'utilisation, puis je les ai guidés à travers l'apprentissage automatique quantique comme approche possible", a commenté le mentor Jarrett Smalley, l'un des spécialistes de l'informatique quantique de l'entreprise. "Ils ont proposé une nouvelle approche qui mélange certaines idées existantes d'une nouvelle manière, et c'était vraiment cool de la voir passer de rien à un modèle fonctionnel en seulement deux jours."
Un autre problème, posé par le NHS, a mis les pirates au défi de concevoir une stratégie d'attribution des lits aux patients tout en tenant compte de diverses contraintes. « Il s'agit d'un problème extrêmement complexe qui est généralement résolu par des personnes sur le terrain possédant de nombreuses connaissances dans le domaine », a expliqué le mentor Dan Schofield, scientifique principal des données au sein de la Direction de la transformation du NHS. "Nous sommes probablement à quelques pas d'avoir une informatique quantique au sein du NHS, mais il a été très intéressant de découvrir comment les approches quantiques pourraient être capables de résoudre le type de problèmes que nous examinons."
Le hackathon était le premier événement pratique organisé par le NQCC pour rassembler des développeurs quantiques, des utilisateurs finaux et des fournisseurs de technologies pour travailler sur des problèmes du monde réel. En mai 2022, il a lancé son programme de découverte d'applications SparQ, qui vise à offrir aux utilisateurs finaux la possibilité d'expérimenter des algorithmes et du matériel quantiques pour aborder des cas d'utilisation pertinents dans leur secteur. "Il s'agit avant tout de développer la communauté des utilisateurs de l'informatique quantique", a déclaré Michael Cuthbert, directeur du NQCC. "Il n'y a rien de tel que d'exécuter soi-même un morceau de code et de l'exécuter sur un véritable ordinateur quantique pour interagir avec la technologie et comprendre ses capacités."
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Cuthbert a été encouragé par le niveau d'intérêt et d'engagement envers le hackathon. « Nous avons été sursouscrits pour les places et nous avons bénéficié d'un soutien formidable de la part de nos partenaires industriels et des fournisseurs de technologie quantique », a-t-il déclaré. « Les équipes de hackers ont été incroyablement engagées et enthousiastes – certains travaillaient sur leur solution jusque tard dans la nuit – et ils ont travaillé ensemble de manière extrêmement efficace pour proposer des solutions impressionnantes en peu de temps. »
Pour les étudiants et les chercheurs qui composaient les équipes, le hackathon a offert un aperçu précieux de l’avantage que les algorithmes quantiques à court terme pourraient offrir pour les applications industrielles. Maria Violaris, doctorante à l'Université d'Oxford, travaillait sur un problème de poursuite et d'évasion posé par la société de défense MBDA. Son équipe essayait de former un réseau de neurones quantiques pour proposer la meilleure stratégie permettant à un chasseur (le « monstre ») d'atteindre la cible (la « princesse ») le plus rapidement possible – un problème qui ne concerne pas seulement le secteur de la défense, mais aussi à d'autres applications telles que le contrôle du trafic ou les systèmes de sécurité dans les musées et galeries d'art.
"Cela a été vraiment bien de pouvoir passer deux jours entièrement concentrés sur un projet, de prendre un cas d'utilisation et de le relier aux algorithmes quantiques qui pourraient être utilisés pour résoudre le problème", a commenté Violaris. « Nous avons fait beaucoup de progrès étant donné le court laps de temps et nous avons généré des résultats prometteurs lorsque nous avons testé l'algorithme à la fois sur un simulateur quantique et sur un véritable processeur quantique. Cela a été un excellent moyen d’accélérer l’apprentissage.
Des progrès aussi rapides ont été rendus possibles en partie par une approche structurée de la sélection des équipes. Chiara Decaroli du NQCC, responsable de l'organisation de l'événement, explique que les hackers potentiels ont été invités à préciser leur niveau de compétence ainsi que leur expérience préalable en programmation quantique dans le cadre du processus de candidature. «Nous avons créé des équipes composées de personnes de différentes disciplines et possédant un large éventail de compétences, y compris des débutants relatifs dans le domaine quantique qui savaient comment construire des algorithmes ou des modèles», a-t-elle expliqué. « Les équipes ont rapidement identifié lesquelles d’entre elles possédaient l’expertise nécessaire pour effectuer chaque tâche spécifique, ce qui a eu un impact énorme sur les résultats qu’elles ont produits en très peu de temps. »
Eden Schirman, étudiante à la maîtrise de l'Imperial College de Londres, a certainement ressenti les avantages de cette approche. Il a été affecté à une équipe travaillant avec THALES pour développer un algorithme quantique permettant de détecter des anomalies dans les données sonar enregistrées par les sous-marins, qui pourraient être générées par des sous-marins ennemis ou des missiles de signature inconnue. « Au début, j'ai demandé à faire partie d'une équipe avec d'autres personnes de l'Impériale, mais c'était une décision judicieuse de mélanger les équipes », a-t-il déclaré. « Cela a été bien de collaborer avec de nouvelles personnes, d'écouter de nouvelles idées et de travailler sur un algorithme quantique qui est lié à mes recherches mais pas le même. Cela m’a ouvert l’esprit sur de nouvelles orientations pour le développement d’algorithmes quantiques.
Schirman a également apprécié la contribution de THALES et des experts techniques d'IBM. « Notre mentor industriel nous a parlé du cas d'utilisation et des données, ainsi que des implémentations et algorithmes classiques généralement utilisés, tandis que deux spécialistes d'IBM nous ont aidés tout au long de l'événement avec la mise en œuvre et avec de nouvelles idées pour les algorithmes quantiques. Cela a été vraiment utile d'avoir accès à ces connaissances et d'avoir un point de vue différent.
À la fin du hackathon – à peine 30 heures après le début de la veille – les équipes ont présenté leurs solutions à tous les autres participants, ainsi qu'à un jury composé de Cuthbert, Decaroli et d'experts quantiques de l'industrie et du monde universitaire. «Toutes les présentations étaient extraordinaires», a déclaré Decaroli. "Les critères pour nous, juges, étaient d'examiner la créativité de la solution, si l'équipe avait étudié l'évolutivité de son approche vers des machines quantiques plus puissantes, et dans quelle mesure elle présentait ses résultats et répondait aux questions."
L'équipe gagnante, qui s'appelait Quassian, travaillait avec MDBA sur une approche d'apprentissage automatique quantique pour accélérer les simulations complexes en ingénierie aérospatiale. Le groupe Rolls Royce encadré par Smalley est arrivé deuxième, tandis que la troisième est revenue à une équipe parrainée par BT testant différentes méthodes quantiques et classiques pour optimiser les performances des réseaux d'antennes 2D. « Toutes les présentations ont démontré une énorme quantité de travail, d'engagement et d'enthousiasme au cours des derniers jours », a commenté Cuthbert avant de remettre les prix aux équipes gagnantes. « Vous vous êtes fait des amis et des contacts qui resteront avec vous pour le reste de votre carrière, et j'espère que ce n'est que le début de votre engagement dans l'informatique quantique et le NQCC.
Le succès de l’événement ouvre la voie à de futurs hackathons, très probablement axés sur des secteurs industriels spécifiques afin d’encourager davantage de professionnels en début de carrière à y participer. Il fournit également à l'équipe du NQCC un tremplin utile pour son engagement continu dans l'écosystème quantique en pleine croissance du Royaume-Uni. « Le hackathon résume tous les éléments clés de SparQ, mais à une plus petite échelle », a déclaré Decaroli. « Nous pouvons étendre ce modèle de hackathon à des projets à plus long terme où les développeurs quantiques, les utilisateurs finaux et les fournisseurs de technologie peuvent travailler ensemble pour développer des solutions plus complexes et les tester sur plusieurs plates-formes matérielles. »
