Il primo hackathon di informatica quantistica del Regno Unito ha sfidato team di studenti e scienziati all'inizio della carriera a ideare nuove soluzioni quantistiche per problemi della vita reale
Nove squadre di studenti ricercatori e scienziati all'inizio della carriera si sono schierate alla fine di luglio per competere nella prima edizione del Regno Unito hackathon di calcolo quantistico. Organizzato dal National Quantum Computing Center (NQCC) in collaborazione con QuantX, l'evento ha sfidato i team a ideare nuove soluzioni quantistiche ai problemi posti da utenti finali come BT, NHS e Rolls Royce.
Alla fine dell'evento di due giorni, diversi team avevano eseguito i propri algoritmi su hardware quantistico fornito dai partner tecnologici IBM, Oxford Quantum Circuits e AWS. Altri, che avevano sviluppato soluzioni oltre le capacità degli attuali processori quantistici, hanno testato le loro soluzioni su simulatori quantistici, con esperti di programmazione di ciascuno dei fornitori di tecnologia a disposizione per fornire supporto e consulenza. "Ci siamo confrontati con i team durante l'evento e li abbiamo aiutati con parte del codice più tecnico", ha affermato Frank Harkins di IBM. "Alcuni hanno una buona visione di dove andare e come utilizzare il codice, mentre per alcuni degli altri abbiamo aiutato con un po' di teoria e algoritmi."
Anche i mentori di ciascuna delle organizzazioni degli utenti finali hanno lavorato a fianco dei team per offrire conoscenze di dominio esperte, spiegare il contesto del problema e guidare gli hacker verso potenziali soluzioni. La sfida lanciata da Rolls Royce, ad esempio, era prevedere la durata di un motore a reazione in base ai dati registrati durante il funzionamento. "Prima di tutto ho inquadrato il caso d'uso e da lì li ho guidati attraverso l'apprendimento automatico quantistico come possibile approccio", ha commentato il mentore Jarrett Smalley, uno degli specialisti dell'azienda in informatica quantistica. "Hanno escogitato un nuovo approccio che unisce alcune idee esistenti in un modo nuovo, ed è stato davvero bello vederlo svilupparsi dal nulla a un modello funzionante in soli due giorni".
Un altro problema, posto dal servizio sanitario nazionale, ha sfidato gli hacker a escogitare una strategia per l'assegnazione dei pazienti ai posti letto tenendo conto anche di vari vincoli. "È un problema estremamente complesso che di solito viene risolto da persone sul campo con molta conoscenza del dominio", ha spiegato il mentore Dan Schofield, un data scientist senior all'interno del NHS Transformation Directorate. "Probabilmente siamo a pochi passi dall'avere qualsiasi calcolo quantistico nel NHS, ma è stato davvero interessante scoprire come gli approcci quantistici potrebbero essere in grado di risolvere il tipo di problemi che stiamo esaminando".
L'hackathon è stato il primo evento pratico organizzato dall'NQCC per riunire sviluppatori quantistici, utenti finali e fornitori di tecnologia per lavorare su problemi del mondo reale. Nel maggio 2022 esso ha lanciato il suo programma di scoperta delle applicazioni SparQ, che mira a fornire agli utenti finali l'opportunità di sperimentare algoritmi quantistici e hardware per affrontare casi d'uso pertinenti nel loro settore. "Si tratta di far crescere la comunità di utenti per il calcolo quantistico", ha affermato il direttore di NQCC Michael Cuthbert. "Non c'è niente come eseguire da soli un pezzo di codice ed eseguirlo su un vero computer quantistico, per interagire con la tecnologia e comprenderne le capacità".
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Cuthbert è stato incoraggiato dal livello di interesse e impegno nell'hackathon. "Eravamo iscritti in eccesso per i posti e abbiamo ricevuto un supporto eccezionale dai nostri partner del settore e dai fornitori di tecnologia quantistica", ha affermato. "I team di hacker sono stati incredibilmente coinvolti ed entusiasti - alcuni hanno lavorato alla loro soluzione fino a notte fonda - e hanno lavorato insieme in modo estremamente efficace per trovare alcune soluzioni impressionanti in un breve lasso di tempo."
Per gli studenti e i ricercatori che hanno formato i team, l'hackathon ha offerto una preziosa visione del vantaggio che gli algoritmi quantistici a breve termine potrebbero offrire per le applicazioni industriali. Maria Violaris, una studentessa di dottorato dell'Università di Oxford, stava lavorando a un problema di inseguimento ed evasione stabilito dalla società di difesa MBDA. Il suo team stava cercando di addestrare una rete neurale quantistica per trovare la migliore strategia per un inseguitore (il "mostro") per raggiungere l'obiettivo (la "principessa") nel tempo più veloce possibile - un problema che è rilevante non solo per al settore della difesa, ma anche ad altre applicazioni come il controllo del traffico oi sistemi di sicurezza nei musei e nelle gallerie d'arte.
"È stato davvero bello avere due giorni in cui sei completamente concentrato su un progetto, prendere un caso d'uso e ricollegarlo agli algoritmi quantistici che potrebbero essere usati per risolvere il problema", ha commentato Violaris. “Abbiamo fatto molti progressi dato il breve lasso di tempo e abbiamo generato alcuni risultati promettenti quando abbiamo testato l'algoritmo sia su un simulatore quantistico che su un vero processore quantistico. È stato un ottimo modo per accelerare l'apprendimento.
Tali rapidi progressi sono stati in parte resi possibili da un approccio strutturato alla selezione del team. Chiara Decaroli di NQCC, responsabile dell'organizzazione dell'evento, spiega che ai potenziali hacker è stato chiesto di specificare il loro livello di abilità e la loro precedente esperienza con la programmazione quantistica come parte del processo di candidatura. "Abbiamo creato team con persone provenienti da diverse discipline e con una serie di competenze, compresi i relativi principianti nel campo quantistico che sapevano come costruire algoritmi o modelli", ha spiegato. "I team sono stati veloci nell'individuare chi di loro aveva le competenze per svolgere ogni attività specifica, e questo ha avuto un enorme impatto sui risultati che hanno prodotto in un tempo molto breve".
Lo studente del Master Eden Schirman dell'Imperial College di Londra ha sicuramente beneficiato di questo approccio. È stato assegnato a un team che lavorava con THALES per sviluppare un algoritmo quantistico per rilevare anomalie nei dati sonar registrati dai sottomarini, che potrebbero essere generati da sottomarini o missili nemici con una firma sconosciuta. "All'inizio ho chiesto di essere inserito in una squadra con altre persone dell'Imperial, ma è stata una decisione intelligente mescolare le squadre", ha detto. “È stato bello collaborare con nuove persone, ascoltare nuove idee e lavorare su un algoritmo quantistico correlato alla mia ricerca ma non uguale. Ha aperto la mia mente a nuove direzioni per lo sviluppo di algoritmi quantistici”.
Schirman ha anche apprezzato il contributo di THALES e degli esperti tecnici di IBM. “Il nostro mentore del settore ci ha parlato del caso d'uso e dei dati, nonché delle implementazioni e degli algoritmi classici che vengono tipicamente utilizzati, mentre due specialisti di IBM ci hanno aiutato durante l'evento con l'implementazione e con nuove idee per gli algoritmi quantistici. È stato davvero utile avere accesso a quella conoscenza e avere un punto di vista diverso".
Alla fine dell'hackathon, appena 30 ore dopo l'inizio del giorno precedente, i team hanno presentato le loro soluzioni a tutti gli altri partecipanti, nonché a una giuria che includeva Cuthbert, Decaroli ed esperti quantistici sia dell'industria che del mondo accademico. "Tutte le presentazioni sono state fantastiche", ha detto Decaroli. "I criteri per noi giudici dovevano esaminare la creatività della soluzione, se il team avesse studiato la scalabilità del loro approccio a macchine quantistiche più potenti e quanto bene presentassero i loro risultati e rispondessero a qualsiasi domanda".
Il team vincitore, che si è chiamato Quassian, ha lavorato con MDBA su un approccio di apprendimento automatico quantistico per accelerare simulazioni complesse nell'ingegneria aerospaziale. Il gruppo Rolls Royce guidato da Smalley è arrivato secondo, mentre il terzo è andato a un team sponsorizzato da BT che ha testato diversi metodi quantistici e classici per ottimizzare le prestazioni degli array di antenne 2D. "Tutte le presentazioni hanno dimostrato un'enorme quantità di lavoro, impegno ed entusiasmo negli ultimi due giorni", ha commentato Cuthbert, prima di consegnare i premi alle squadre vincitrici. "Hai stretto amicizie e contatti che rimarranno con te per il resto della tua carriera, e spero che sia solo l'inizio del tuo impegno con l'informatica quantistica e l'NQCC".
Il successo dell'evento apre la strada a futuri hackathon, molto probabilmente incentrati su settori industriali specifici per incoraggiare la partecipazione di più professionisti all'inizio della carriera. Fornisce inoltre al team NQCC un utile trampolino di lancio per il suo impegno continuo con il crescente ecosistema quantistico del Regno Unito. "L'hackathon racchiude tutti gli elementi chiave di SparQ, ma su scala ridotta", ha affermato Decaroli. "Possiamo estendere questo modello di hackathon a progetti a lungo termine in cui sviluppatori quantistici, utenti finali e fornitori di tecnologia possono lavorare insieme per sviluppare soluzioni più complesse e testarle su più piattaforme hardware".
