Az Egyesült Királyság első kvantumszámítógépes hackathonja diákcsapatokat és pályakezdő tudósokat hívott ki, hogy új kvantummegoldásokat dolgozzanak ki valós problémákra.
Kilenc kutatócsoportból és pályakezdő tudósokból álló csapat állt fel július végén, hogy megmérettesse magát az Egyesült Királyság első versenyén. kvantumszámítástechnikai hackathon. A Nemzeti Kvantum Számítástechnikai Központ szervezésében (NQCC) együttműködésben QuantXAz esemény kihívást jelentett a csapatoknak, hogy új kvantummegoldásokat dolgozzanak ki a végfelhasználók, például a BT, az NHS és a Rolls Royce által felállított problémákra.
A kétnapos esemény végére több csapat is futtatta algoritmusait az IBM, az Oxford Quantum Circuits és az AWS technológiai partnerei által biztosított kvantumhardveren. Mások, akik a jelenlegi kvantumprocesszorok képességein túlmutató megoldásokat fejlesztettek ki, kvantumszimulátorokon tesztelték megoldásaikat, a technológiai szolgáltatók programozási szakértőivel pedig támogatást és tanácsot nyújtottak. „Az esemény során végig bejelentkeztünk a csapatokkal, és segítettünk néhány technikai kód elkészítésében” – mondta Frank Harkins, az IBM-től. "Néhánynak jó elképzelése van arról, hogy merre menjenek és hogyan használják a kódot, míg másoknak segítettünk egy kis elméletben és algoritmusokban."
Az egyes végfelhasználói szervezetek mentorai a csapatokkal együtt dolgoztak, hogy szakértői területi ismereteket kínáljanak, elmagyarázzák a probléma kontextusát, és a hackereket a lehetséges megoldások felé tereljék. A Rolls Royce kihívása például az volt, hogy a működés közben rögzített adatok alapján megjósolja a sugárhajtómű élettartamát. „Először is megfogalmaztam a használati esetet, és onnantól kezdve a kvantumgépi tanuláson, mint lehetséges megközelítésen keresztül vezettem őket” – magyarázta Jarrett Smalley mentor, a vállalat egyik kvantumszámítási specialistája. „Újszerű megközelítést dolgoztak ki, amely néhány meglévő ötletet új módon ötvöz, és nagyon klassz volt látni, ahogy a semmiből két nap alatt működő modellé fejlődik.”
Egy másik probléma, amelyet az NHS állított fel, kihívást jelentett a hackereknek, hogy dolgozzanak ki stratégiát a betegek ágyba helyezésére, miközben figyelembe vették a különféle korlátokat is. „Ez egy rendkívül összetett probléma, amelyet általában olyan emberek dolgoznak ki, akik nagy tudással rendelkeznek a területen” – magyarázta Dan Schofield mentor, az NHS Transformation Directorate vezető adatkutatója. "Valószínűleg néhány lépésre vagyunk attól, hogy az NHS-ben kvantumszámítástechnika legyen, de nagyon érdekes volt megtudni, hogy a kvantummegközelítések hogyan képesek megoldani az általunk vizsgált problémákat."
A hackathon volt az első olyan gyakorlati esemény, amelyet az NQCC szervezett, amely kvantumfejlesztőket, végfelhasználókat és technológiai szolgáltatókat hozott össze a valós problémák megoldására. 2022 májusában azt elindította SparQ alkalmazásfelderítő programját, amelynek célja, hogy a végfelhasználók számára lehetőséget biztosítson kvantum algoritmusokkal és hardverekkel kísérletezni, hogy megbirkózzanak a releváns felhasználási esetekkel az ágazatukon belül. "Minden a kvantumszámítástechnika felhasználói közösségének növeléséről szól" - mondta Michael Cuthbert, az NQCC igazgatója. „Nincs semmi olyan, mint egy kódrészletet saját kezűleg futtatni, és egy valódi kvantumszámítógépen futtatni, hogy bekapcsolódjon a technológiába és megértse annak képességeit.”
[Beágyazott tartalmat]
Cuthbertet bátorította a hackathon iránti érdeklődés és elkötelezettség. „Túljelentkezésben voltunk a helyekre, és nagyszerű támogatást kaptunk iparági partnereinktől és a kvantumtechnológiai szolgáltatóktól” – mondta. „A hackercsapatok hihetetlenül elkötelezettek és lelkesek voltak – néhányan egész éjszakába nyúlóan dolgoztak a megoldáson –, és rendkívül hatékonyan dolgoztak együtt, hogy rövid időn belül lenyűgöző megoldásokat találjanak ki.”
A csapatokat alkotó diákok és kutatók számára a hackathon értékes betekintést nyújtott abba az előnybe, amelyet a rövid távú kvantumalgoritmusok kínálhatnak az ipari alkalmazások számára. Maria Violaris, az Oxfordi Egyetem PhD-hallgatója az MBDA védelmi vállalat által felállított üldözési és kijátszási problémán dolgozott. Csapata egy kvantumneurális hálózatot próbált betanítani, hogy a legjobb stratégiát dolgozza ki egy üldöző (a „szörny”) számára, hogy a lehető leggyorsabban elérje a célt (a „hercegnőt”) – ez a probléma nem csak a védelmi szektorban, de más alkalmazásokban is, mint például a forgalomirányítás vagy a múzeumok és művészeti galériák biztonsági rendszerei.
„Nagyon jó volt, hogy volt két nap, amikor teljes mértékben egy projektre összpontosítottunk, és egy használati esetet vettünk, és visszakapcsoltuk a kvantumalgoritmusokhoz, amelyek felhasználhatók a probléma megoldására” – kommentálta Violaris. „Sokat haladtunk előre a rövid időn belül, és ígéretes eredményeket értünk el, amikor kvantumszimulátoron és valódi kvantumprocesszoron is teszteltük az algoritmust. Ez egy nagyszerű módja annak, hogy felgyorsítsa a tanulást.”
Az ilyen gyors előrehaladást részben a csapatkiválasztás strukturált megközelítése tette lehetővé. Az NQCC Chiara Decaroli, aki az esemény megszervezéséért volt felelős, elmagyarázza, hogy a leendő hackereket felkérték, hogy a jelentkezési folyamat részeként adják meg tudásszintjüket, valamint a kvantumprogramozással kapcsolatos korábbi tapasztalataikat. „Csapatokat hoztunk létre különböző tudományágakból és különféle készségekkel rendelkező emberekből, köztük a kvantumterületen viszonylag kezdőkből, akik tudták, hogyan kell algoritmusokat vagy modelleket építeni” – magyarázta. "A csapatok gyorsan megállapították, hogy melyikük rendelkezik az egyes feladatok elvégzéséhez szükséges szakértelemmel, és ez óriási hatással volt a nagyon rövid idő alatt elért eredményekre."
Eden Schirman, a londoni Imperial College mesterszakos hallgatója minden bizonnyal érezte ennek a megközelítésnek az előnyeit. A THALES-szal dolgozó csapathoz rendelték, hogy dolgozzanak ki egy kvantumalgoritmust a tengeralattjárók által rögzített szonáradatok anomáliáinak észlelésére, amelyeket ellenséges tengeralattjárók vagy ismeretlen aláírású rakéták generálhatnak. „Eleinte azt kértem, hogy egy csapatba kerüljek más Imperial emberekkel, de okos döntés volt összekeverni a csapatokat” – mondta. „Jó volt új emberekkel együttműködni, új ötleteket hallgatni, és olyan kvantum algoritmuson dolgozni, amely kapcsolódik a kutatásomhoz, de nem ugyanaz. Megnyílt az elmém a kvantumalgoritmusok fejlesztésének új irányai előtt.”
Schirman nagyra értékelte a THALES és az IBM műszaki szakértőinek hozzájárulását is. „Iparági mentorunk mesélt a használati esetről és az adatokról, valamint a tipikusan használt klasszikus implementációkról és algoritmusokról, az IBM két szakembere pedig végig segítette a rendezvényt a megvalósításban és a kvantumalgoritmusok új ötleteivel. Nagyon hasznos volt hozzáférni ehhez a tudáshoz, és más nézőpontot alkotni.”
A hackathon végén – mindössze 30 órával az előző napi kezdete után – a csapatok bemutatták megoldásaikat az összes többi résztvevőnek, valamint a zsűrinek, amelyben Cuthbert, Decaroli és kvantumszakértők az iparból és a tudományos életből egyaránt helyet kaptak. „Minden előadás lenyűgöző volt” – mondta Decaroli. „Nekünk, bíráknak az volt a szempont, hogy megvizsgáljuk a megoldás kreativitását, hogy a csapat megvizsgálta-e a nagyobb teljesítményű kvantumgépekhez való hozzáállásuk skálázhatóságát, és mennyire jól mutatták be eredményeiket és válaszoltak a kérdésekre.”
A nyertes csapat, akik Quassiannak nevezték el magukat, az MDBA-val egy kvantumgépi tanulási megközelítésen dolgoztak, hogy felgyorsítsák az összetett szimulációkat az űrkutatásban. A Smalley által mentorált Rolls Royce csoport lett a második, míg a harmadik a BT által szponzorált csapat végzett, amely különböző kvantum és klasszikus módszereket tesztelt a 2D antennatömbök teljesítményének optimalizálására. „Minden prezentáció hatalmas munkáról, elkötelezettségről és lelkesedésről tanúskodott az elmúlt pár napban” – nyilatkozta Cuthbert, mielőtt átadta volna a díjakat a győztes csapatoknak. „Szeretett barátokat és kapcsolatokat, amelyek karrierje hátralévő részében megmaradnak, és remélem, ez csak a kezdete a kvantumszámítástechnikával és az NQCC-vel való kapcsolatának.”
Az esemény sikere megnyitja az utat a jövőbeni hackathonok előtt, amelyek valószínűleg bizonyos iparágakra összpontosítanak, hogy több pályakezdő szakembert is bátorítsanak a részvételre. Ezenkívül hasznos ugródeszkát biztosít az NQCC csapatának az Egyesült Királyság növekvő kvantumökoszisztémájával való folyamatos kapcsolattartásához. „A hackathon a SparQ összes kulcsfontosságú elemét magába foglalja, de kisebb léptékben” – mondta Decaroli. „Ezt a hackathon-sablont kiterjeszthetjük hosszabb távú projektekre is, ahol a kvantumfejlesztők, a végfelhasználók és a technológiai szolgáltatók együtt dolgozhatnak összetettebb megoldások kidolgozásán, és több hardverplatformon is tesztelhetik azokat.”
