De eerste quantum computing-hackathon in het VK daagde teams van studenten en beginnende wetenschappers uit om nieuwe kwantumoplossingen te bedenken voor echte problemen
Negen teams van onderzoeksstudenten en beginnende wetenschappers stonden eind juli in de rij om mee te doen aan de primeur van het VK kwantumcomputing-hackathon. Georganiseerd door het National Quantum Computing Center (NQCC) in samenwerking met QuantXdaagde het evenement de teams uit om nieuwe kwantumoplossingen te bedenken voor problemen van eindgebruikers zoals BT, de NHS en Rolls Royce.
Tegen het einde van het tweedaagse evenement hadden verschillende teams hun algoritmen uitgevoerd op kwantumhardware van technologiepartners IBM, Oxford Quantum Circuits en AWS. Anderen, die oplossingen hadden ontwikkeld die de mogelijkheden van de huidige kwantumprocessors te boven gaan, testten hun oplossingen op kwantumsimulatoren, waarbij programmeerexperts van elk van de technologieleveranciers aanwezig waren om ondersteuning en advies te geven. "We hebben tijdens het evenement contact opgenomen met de teams en geholpen met enkele van de meer technische code", aldus Frank Harkins van IBM. "Sommigen hebben een goed beeld van waar ze heen moeten en hoe ze de code moeten gebruiken, terwijl we voor sommige anderen hebben geholpen met een stukje theorie en de algoritmen."
Mentors van elk van de eindgebruikersorganisaties werkten ook samen met de teams om deskundige domeinkennis te bieden, de context voor het probleem uit te leggen en de hackers naar mogelijke oplossingen te leiden. De uitdaging van Rolls Royce was bijvoorbeeld om de levensduur van een straalmotor te voorspellen op basis van tijdens het gebruik geregistreerde gegevens. "Allereerst heb ik de use case opgesteld en van daaruit heb ik hen door quantummachine learning geleid als een mogelijke aanpak", aldus mentor Jarrett Smalley, een van de specialisten van het bedrijf op het gebied van quantumcomputing. "Ze kwamen met een nieuwe aanpak die een aantal bestaande ideeën op een nieuwe manier combineert, en het was echt gaaf om te zien hoe het zich in slechts twee dagen ontwikkelde van niets tot een werkend model."
Een ander probleem, gesteld door de NHS, daagde de hackers uit om een strategie te bedenken om patiënten aan bedden toe te wijzen, rekening houdend met verschillende beperkingen. "Het is een uiterst complex probleem dat meestal wordt uitgewerkt door mensen op het terrein met veel domeinkennis", legt mentor Dan Schofield uit, een senior datawetenschapper binnen het NHS Transformation Directorate. "We zijn waarschijnlijk een paar stappen verwijderd van kwantumcomputing in de NHS, maar het was echt interessant om erachter te komen hoe kwantumbenaderingen het soort problemen kunnen oplossen waar we naar kijken."
De hackathon was het eerste praktische evenement dat door de NQCC werd georganiseerd om kwantumontwikkelaars, eindgebruikers en technologieleveranciers samen te brengen om te werken aan echte problemen. In mei 2022 is het zover lanceerde zijn SparQ-programma voor het ontdekken van toepassingen, dat tot doel heeft eindgebruikers de mogelijkheid te bieden om te experimenteren met kwantumalgoritmen en hardware voor het aanpakken van relevante use cases binnen hun sector. "Het draait allemaal om het laten groeien van de gebruikersgemeenschap voor kwantumcomputing", zegt NQCC-directeur Michael Cuthbert. "Er gaat niets boven het zelf uitvoeren van een stuk code en het uitvoeren op een echte kwantumcomputer, om met de technologie om te gaan en de mogelijkheden ervan te begrijpen."
[Ingesloten inhoud]
Cuthbert is bemoedigd door de interesse en betrokkenheid bij de hackathon. "We waren overtekend voor plaatsen en we hebben geweldige steun gehad van onze industriële partners en de leveranciers van kwantumtechnologie," zei hij. “De teams van hackers waren ongelooflijk betrokken en enthousiast – sommigen werkten tot diep in de nacht aan hun oplossing – en ze hebben buitengewoon effectief samengewerkt om in korte tijd met indrukwekkende oplossingen te komen.”
Voor de studenten en onderzoekers die de teams vormden, bood de hackathon een waardevol inzicht in het voordeel dat kwantumalgoritmen op korte termijn kunnen bieden voor industriële toepassingen. Maria Violaris, een promovendus van de Universiteit van Oxford, werkte aan een achtervolgings- en ontwijkingsprobleem van defensiebedrijf MBDA. Haar team probeerde een kwantumneuraal netwerk te trainen om de beste strategie te bedenken voor een achtervolger (het "monster") om het doel (de "prinses") in de snelst mogelijke tijd te bereiken - een probleem dat niet alleen relevant is voor de defensiesector, maar ook voor andere toepassingen zoals verkeerscontrole of beveiligingssystemen in musea en kunstgalerijen.
"Het was heel goed om twee dagen te hebben waarin je volledig gefocust bent op één project, en een use case te nemen en deze terug te koppelen aan de kwantumalgoritmen die kunnen worden gebruikt om het probleem op te lossen", aldus Violaris. “We hebben veel vooruitgang geboekt gezien het korte tijdsbestek, en we hebben een aantal veelbelovende resultaten gegenereerd toen we het algoritme zowel op een kwantumsimulator als op een echte kwantumprocessor testten. Het is een geweldige manier geweest om het leren te versnellen.”
Deze snelle vooruitgang werd mede mogelijk gemaakt door een gestructureerde aanpak van teamselectie. Chiara Decaroli van de NQCC, die verantwoordelijk was voor de organisatie van het evenement, legt uit dat potentiële hackers werd gevraagd om hun vaardigheidsniveau en hun eerdere ervaring met kwantumprogrammering te specificeren als onderdeel van het aanvraagproces. "We hebben teams gemaakt met mensen uit verschillende disciplines en met een scala aan vaardigheden, waaronder relatieve beginners op kwantumgebied die wisten hoe ze algoritmen of modellen moesten bouwen", legt ze uit. "De teams konden snel vaststellen wie van hen de expertise had om elke specifieke taak uit te voeren, en dat had een enorme impact op de resultaten die ze in zeer korte tijd produceerden."
Masterstudent Eden Schirman van Imperial College London voelde daar zeker baat bij. Hij werd toegewezen aan een team dat samenwerkte met THALES om een kwantumalgoritme te ontwikkelen voor het detecteren van anomalieën in sonargegevens die door onderzeeërs zijn geregistreerd en die kunnen worden gegenereerd door vijandelijke onderzeeërs of raketten met een onbekende signatuur. "In het begin vroeg ik om in een team te worden geplaatst met andere mensen van Imperial, maar het was een slimme beslissing om de teams door elkaar te halen", zei hij. “Het was goed om met nieuwe mensen samen te werken, naar nieuwe ideeën te luisteren en te werken aan een kwantumalgoritme dat verwant is aan mijn onderzoek, maar niet hetzelfde. Het heeft mijn geest geopend voor nieuwe richtingen voor het ontwikkelen van kwantumalgoritmen.”
Schirman waardeerde ook de inbreng van THALES en de technische experts van IBM. “Onze branchementor vertelde ons over de use case en de data, evenals de klassieke implementaties en algoritmen die doorgaans worden gebruikt, terwijl twee specialisten van IBM ons tijdens het evenement hielpen met de implementatie en met nieuwe ideeën voor kwantumalgoritmen. Het was erg nuttig om toegang te hebben tot die kennis en om een ander standpunt te krijgen.”
Aan het einde van de hackathon - slechts 30 uur nadat deze de vorige dag was begonnen - presenteerden de teams hun oplossingen aan alle andere deelnemers, evenals aan een jury bestaande uit Cuthbert, Decaroli en kwantumexperts uit zowel de industrie als de academische wereld. "Alle presentaties waren geweldig", zei Decaroli. "De criteria voor ons rechters waren om te kijken naar de creativiteit van de oplossing, of het team de schaalbaarheid van hun benadering van krachtigere kwantummachines had onderzocht, en hoe goed ze hun resultaten presenteerden en eventuele vragen beantwoordden."
Het winnende team, dat zichzelf Quassian noemde, had met MDBA gewerkt aan een kwantummachine learning-benadering om complexe simulaties in lucht- en ruimtevaarttechniek te versnellen. De door Smalley begeleide Rolls Royce-groep werd tweede, terwijl de derde naar een door BT gesponsord team ging dat verschillende kwantum- en klassieke methoden testte voor het optimaliseren van de prestaties van 2D-antenne-arrays. "Alle presentaties toonden de afgelopen dagen enorm veel werk, toewijding en enthousiasme", aldus Cuthbert, voordat hij de prijzen aan de winnende teams overhandigde. "Je hebt vrienden en contacten gemaakt die je de rest van je carrière bijblijven, en ik hoop dat dit nog maar het begin is van je betrokkenheid bij quantum computing en de NQCC."
Het succes van het evenement maakt de weg vrij voor toekomstige hackathons, hoogstwaarschijnlijk gericht op specifieke industriesectoren om meer beginnende professionals aan te moedigen deel te nemen. Het biedt het NQCC-team ook een nuttige springplank voor zijn voortdurende betrokkenheid bij het groeiende kwantumecosysteem van het VK. "De hackathon bevat alle belangrijke elementen van SparQ, maar dan op kleinere schaal", zegt Decaroli. "We kunnen dit hackathon-sjabloon uitbreiden naar projecten op langere termijn waar kwantumontwikkelaars, eindgebruikers en technologieleveranciers kunnen samenwerken om complexere oplossingen te ontwikkelen en deze op meerdere hardwareplatforms te testen."
