האקרים קוונטיים מתמודדים עם בעיות בעולם האמיתי

תשעה צוותים של תלמידי מחקר ומדענים בתחילת הקריירה התייצבו בסוף יולי כדי להתחרות בתחרות הראשונה בבריטניה האקתון מחשוב קוונטי. מאורגן על ידי המרכז הלאומי למחשוב קוונטי (NQCC) בשיתוף עם QuantX, האירוע אתגר את הצוותים לתכנן פתרונות קוונטיים חדשים לבעיות שהציבו משתמשי קצה כמו BT, NHS ורולס רויס.

עד סוף האירוע בן היומיים, כמה צוותים הפעילו את האלגוריתמים שלהם על חומרה קוונטית שסופקה על ידי שותפי הטכנולוגיה IBM, Oxford Quantum Circuits ו-AWS. אחרים, שפיתחו פתרונות מעבר ליכולותיהם של המעבדים הקוונטיים הנוכחיים, בדקו את הפתרונות שלהם על סימולטורים קוונטיים, כשמומחי תכנות מכל אחד מספקי הטכנולוגיה זמינים כדי לספק תמיכה וייעוץ. "בדקנו עם הצוותים לאורך כל האירוע, ועזרנו עם חלק מהקודים הטכניים יותר", אמר פרנק הארקינס מ-IBM. "לחלקם יש חזון טוב לאן ללכת וכיצד להשתמש בקוד, בעוד שלחלק מהאחרים עזרנו קצת בתיאוריה ובאלגוריתמים."

גם מנטורים מכל אחד מארגוני משתמשי הקצה עבדו לצד הצוותים כדי להציע ידע בתחום המומחים, להסביר את ההקשר לבעיה ולהדריך את ההאקרים לעבר פתרונות פוטנציאליים. האתגר שהציב רולס רויס, למשל, היה לחזות את משך חייו של מנוע סילון על סמך נתונים שתועדו במהלך הפעולה. "קודם כל ניסחתי את מקרה השימוש, ומשם הדרכתי אותם דרך למידת מכונה קוונטית כגישה אפשרית", אמר המנטור ג'ארט סמלי, אחד מהמומחים של החברה במחשוב קוונטי. "הם המציאו גישה חדשנית שממזגת כמה רעיונות קיימים יחד בצורה חדשה, וזה היה ממש מגניב לראות את זה מתפתח מכלום למודל עובד תוך יומיים בלבד."

בעיה נוספת, שנקבעה על ידי NHS, אתגרה את ההאקרים לתכנן אסטרטגיה להקצאת חולים למיטות תוך התחשבות באילוצים שונים. "זו בעיה מורכבת ביותר שבדרך כלל מעובדת על ידי אנשים בשטח עם ידע רב בתחום", הסביר המנטור דן שופילד, מדען נתונים בכיר במנהלת הטרנספורמציה של NHS. "אנחנו כנראה נמצאים במרחק של כמה צעדים משימוש במחשוב קוונטי ב-NHS, אבל זה היה ממש מעניין לגלות כיצד גישות קוונטיות עשויות לפתור את סוג הבעיות שאנו מסתכלים עליהן."

ההאקתון היה האירוע המעשי הראשון שאורגן על ידי NQCC כדי להפגיש מפתחים קוונטיים, משתמשי קצה וספקי טכנולוגיה כדי לעבוד על בעיות בעולם האמיתי. במאי 2022 זה השיקה את תוכנית גילוי היישומים SparQ שלה, שמטרתו לספק למשתמשי הקצה הזדמנות להתנסות באלגוריתמים קוונטיים וחומרה להתמודדות עם מקרי שימוש רלוונטיים במגזר שלהם. "הכל עוסק בהגדלת קהילת המשתמשים עבור מחשוב קוונטי", אמר מנהל NQCC, מייקל קאת'ברט. "אין כמו להריץ פיסת קוד בעצמך, ולהריץ אותו במחשב קוונטי אמיתי, כדי לעסוק בטכנולוגיה ולהבין את היכולות שלה."

[תוכן מוטבע]

קאת'ברט התעודד מרמת העניין והמחויבות בהאקתון. "היינו מנוי יתר על מקומות, וקיבלנו תמיכה נהדרת מהשותפים שלנו בתעשייה ומספקי הטכנולוגיה הקוונטית", אמר. "צוותי ההאקרים היו מעורבים ונלהבים להפליא - חלקם עבדו על הפתרון שלהם עד הלילה - והם עבדו יחד ביעילות רבה כדי להגיע לכמה פתרונות מרשימים תוך פרק זמן קצר."

עבור הסטודנטים והחוקרים שהרכיבו את הצוותים, ההאקתון הציע תובנה חשובה לגבי היתרון שאלגוריתמים קוונטיים לטווח הקרוב עשויים להציע עבור יישומים תעשייתיים. מריה ויולריס, סטודנטית לדוקטורט מאוניברסיטת אוקספורד, עבדה על בעיית רדיפה והתחמקות שנקבעה על ידי חברת ההגנה MBDA. הצוות שלה ניסה לאמן רשת עצבית קוונטית כדי להמציא את האסטרטגיה הטובה ביותר עבור צ'ייסר ("המפלצת") להגיע ליעד ("הנסיכה") בזמן המהיר ביותר - בעיה שרלוונטית לא רק המגזר הביטחוני, אלא גם ליישומים אחרים כגון בקרת תנועה או מערכות אבטחה במוזיאונים ובגלריות לאמנות.

"היה ממש טוב לקבל יומיים שבהם אתה מרוכז לחלוטין בפרויקט אחד, ולקחת מקרה שימוש ולחבר אותו בחזרה לאלגוריתמים הקוונטיים שיכולים לשמש כדי לפתור את הבעיה", הגיב Violaris. "הצלחנו הרבה בהתחשב בלוח הזמנים הקצר, ויצרנו כמה תוצאות מבטיחות כשבדקנו את האלגוריתם הן על סימולטור קוונטי והן על מעבד קוונטי אמיתי. זו הייתה דרך מצוינת להאיץ את הלמידה".

התקדמות מהירה כזו התאפשרה בחלקה בזכות גישה מובנית לבחירת צוות. Chiara Decaroli מ-NQCC, שהייתה אחראית על ארגון האירוע, מסבירה שהאקרים פוטנציאליים התבקשו לציין את רמת המיומנות שלהם וכן את הניסיון הקודם שלהם עם תכנות קוונטי כחלק מתהליך היישום. "יצרנו צוותים עם אנשים מדיסציפלינות שונות ועם מגוון מערכי מיומנויות, כולל מתחילים יחסית בתחום הקוונטי שידעו לבנות אלגוריתמים או מודלים", הסבירה. "הצוותים מיהרו לזהות למי מהם יש את המומחיות לבצע כל משימה ספציפית, ולכך הייתה השפעה עצומה על התוצאות שהניבו בזמן קצר מאוד".

סטודנטית לתואר שני עדן שירמן מאימפריאל קולג' בלונדון בהחלט הרגישה את היתרון של גישה זו. הוא הוטל לצוות שעבד עם THALES כדי לפתח אלגוריתם קוונטי לזיהוי חריגות בנתוני סונאר שתועדו על ידי צוללות, שיכולים להיווצר על ידי צוללות אויב או טילים עם חתימה לא ידועה. "בהתחלה ביקשתי להכניס אותי לצוות עם אנשים אחרים מאימפריאל, אבל זו הייתה החלטה חכמה לערבב בין הקבוצות", אמר. "היה טוב לשתף פעולה עם אנשים חדשים, להקשיב לרעיונות חדשים ולעבוד על אלגוריתם קוונטי שקשור למחקר שלי אבל לא אותו הדבר. זה פתח לי את הראש לכיוונים חדשים לפיתוח אלגוריתמים קוונטיים".

שירמן העריך גם את ההשקעה של THALES והמומחים הטכניים מ-IBM. "המנטור בתעשייה שלנו סיפר לנו על מקרה השימוש והנתונים, כמו גם על ההטמעות והאלגוריתמים הקלאסיים שבהם נעשה שימוש בדרך כלל, בעוד שני מומחים מ-IBM עזרו לנו לאורך כל האירוע עם היישום ועם רעיונות חדשים לאלגוריתם קוונטיים. זה עזר מאוד לקבל גישה לידע הזה ולקבל נקודת מבט אחרת".

בתום ההאקתון - 30 שעות בלבד לאחר תחילתו ביום הקודם - הציגו הצוותים את הפתרונות שלהם לכל שאר המשתתפים, כמו גם בפני צוות שופטים שכלל את קאת'ברט, דקארולי ומומחי קוונטים מהתעשייה ומהאקדמיה כאחד. "כל המצגות היו מדהימות", אמר דקרולי. "הקריטריונים עבורנו השופטים היו לבחון את היצירתיות של הפתרון, האם הצוות חקר את מדרגיות הגישה שלהם למכונות קוונטיות חזקות יותר, ועד כמה הם הציגו את התוצאות שלהם וענו על כל שאלה."

הצוות המנצח, שכינו את עצמו Quassian, עבד עם MDBA על גישת למידת מכונות קוונטיות כדי להאיץ סימולציות מורכבות בהנדסת תעופה וחלל. קבוצת רולס רויס ​​בהנחיית סמלי הגיעה למקום השני, בעוד השלישית הגיעה לצוות בחסות BT שבדק שיטות קוונטיות וקלאסיות שונות למיטוב הביצועים של מערכי אנטנות דו-ממדיות. "כל המצגות הפגינו כמויות עצומות של עבודה, מחויבות והתלהבות במהלך היומיים האחרונים", הגיב קאתברט, לפני שהעניק את הפרסים לצוותים הזוכים. "יצרת חברים ואנשי קשר שיישארו איתך לשארית הקריירה שלך, ואני מקווה שזו רק ההתחלה של העיסוק שלך במחשוב קוונטי וב-NQCC."

הצלחת האירוע סוללת את הדרך להאקתונים עתידיים, ככל הנראה התמקדו במגזרים ספציפיים בתעשייה כדי לעודד יותר אנשי מקצוע בתחילת הקריירה לקחת חלק. זה גם מספק לצוות NQCC קרש קפיצה שימושי למעורבותו המתמשכת עם המערכת האקולוגית הקוונטית ההולכת וגדלה של בריטניה. "ההאקתון מקפל את כל מרכיבי המפתח של SparQ, אבל בקנה מידה קטן יותר", אמר Decaroli. "אנו יכולים להרחיב את תבנית ההאקתון הזו לפרויקטים לטווח ארוך יותר שבהם מפתחי קוונטים, משתמשי קצה וספקי טכנולוגיה יכולים לעבוד יחד כדי לפתח פתרונות מורכבים יותר ולבדוק אותם בפלטפורמות חומרה מרובות."