Pierwszy w Wielkiej Brytanii hackaton poświęcony informatyce kwantowej rzucił wyzwanie zespołom studentów i naukowców rozpoczynających karierę zawodową, aby opracować nowatorskie rozwiązania kwantowe rzeczywistych problemów
Pod koniec lipca dziewięć zespołów składających się ze studentów i naukowców rozpoczynających karierę zawodową stanęło w kolejce, aby wziąć udział w pierwszym w Wielkiej Brytanii konkursie hackaton obliczeń kwantowych. Organizatorem jest Narodowe Centrum Obliczeń Kwantowych (NQCC) we współpracy z QuantXwydarzenie to stanowiło dla zespołów wyzwanie polegające na opracowaniu nowatorskich rozwiązań kwantowych problemów stawianych przez użytkowników końcowych, takich jak BT, NHS i Rolls Royce.
Pod koniec dwudniowego wydarzenia kilka zespołów uruchomiło swoje algorytmy na sprzęcie kwantowym dostarczonym przez partnerów technologicznych IBM, Oxford Quantum Circuits i AWS. Inni, którzy opracowali rozwiązania wykraczające poza możliwości obecnych procesorów kwantowych, testowali swoje rozwiązania na symulatorach kwantowych, korzystając z pomocy ekspertów programistycznych każdego z dostawców technologii, którzy zapewniali wsparcie i porady. „Kontaktowaliśmy się z zespołami przez cały czas trwania wydarzenia i pomagaliśmy przy niektórych bardziej technicznych pracach nad kodem” – powiedział Frank Harkins z IBM. „Niektórzy mają dobrą wizję tego, dokąd pójść i jak korzystać z kodu, podczas gdy innym pomogliśmy, przedstawiając trochę teorii i algorytmów”.
Mentorzy z każdej organizacji użytkowników końcowych również współpracowali z zespołami, aby zaoferować specjalistyczną wiedzę dziedzinową, wyjaśnić kontekst problemu i poprowadzić hakerów w kierunku potencjalnych rozwiązań. Wyzwaniem postawionym przez firmę Rolls Royce było na przykład przewidzenie żywotności silnika odrzutowego na podstawie danych zarejestrowanych podczas pracy. „Najpierw sformułowałem przypadek użycia, a następnie poprowadziłem ich przez kwantowe uczenie maszynowe jako możliwe podejście” – skomentował mentor Jarrett Smalley, jeden ze specjalistów firmy w dziedzinie obliczeń kwantowych. „Wymyślili nowatorskie podejście, które łączy w nowy sposób niektóre istniejące pomysły i naprawdę fajnie było patrzeć, jak od zera stał się działającym modelem w ciągu zaledwie dwóch dni”.
Inny problem, postawiony przez NHS, wymagał od hakerów opracowania strategii przydzielania pacjentów do łóżek przy uwzględnieniu różnych ograniczeń. „To niezwykle złożony problem, który zwykle rozwiązują ludzie w terenie posiadający dużą wiedzę dziedzinową” – wyjaśnił mentor Dan Schofield, starszy specjalista ds. danych w Dyrekcji ds. Transformacji NHS. „Prawdopodobnie jesteśmy o kilka kroków od wprowadzenia jakichkolwiek obliczeń kwantowych w NHS, ale naprawdę interesujące było odkrycie, w jaki sposób podejścia kwantowe mogą być w stanie rozwiązać problemy, których szukamy”.
Hackaton był pierwszym praktycznym wydarzeniem zorganizowanym przez NQCC, które zgromadziło programistów kwantowych, użytkowników końcowych i dostawców technologii w celu pracy nad problemami w świecie rzeczywistym. W maju 2022 r. to uruchomiła program odkrywania aplikacji SparQ, którego celem jest zapewnienie użytkownikom końcowym możliwości eksperymentowania z algorytmami kwantowymi i sprzętem do rozwiązywania odpowiednich przypadków użycia w ich sektorze. „Chodzi o rozwój społeczności użytkowników obliczeń kwantowych” – powiedział dyrektor NQCC Michael Cuthbert. „Nie ma to jak samodzielne uruchomienie fragmentu kodu na prawdziwym komputerze kwantowym, aby poznać technologię i poznać jej możliwości”.
[Osadzone treści]
Poziom zainteresowania i zaangażowania podczas hackatonu zachęcił Cuthberta. „Wystąpiła nadwyżka liczby miejsc i otrzymaliśmy wspaniałe wsparcie od naszych partnerów branżowych i dostawców technologii kwantowej” – powiedział. „Zespoły hakerów były niezwykle zaangażowane i entuzjastyczne — niektóre pracowały nad rozwiązaniem do późnej nocy — i współpracowały niezwykle skutecznie, aby w krótkim czasie opracować imponujące rozwiązania”.
Studentom i badaczom tworzącym zespoły hackaton umożliwił cenny wgląd w korzyści, jakie krótkoterminowe algorytmy kwantowe mogą zaoferować w zastosowaniach przemysłowych. Maria Violaris, doktorantka na Uniwersytecie Oksfordzkim, pracowała nad problemem pościgu i uników postawionym przez firmę MBDA z branży obronnej. Jej zespół próbował wytrenować kwantową sieć neuronową, aby opracować najlepszą strategię dla ścigającego („potwora”), aby dotrzeć do celu („księżniczki”) w jak najkrótszym czasie – problem ten dotyczy nie tylko w sektorze obronnym, ale także do innych zastosowań, takich jak kontrola ruchu lub systemy bezpieczeństwa w muzeach i galeriach sztuki.
„Naprawdę dobrze było mieć dwa dni, podczas których w pełni skupiłeś się na jednym projekcie, a następnie wziąłeś przypadek użycia i powiązałeś go z algorytmami kwantowymi, które można wykorzystać do rozwiązania problemu” – skomentował Violaris. „Z uwagi na krótki czas poczyniliśmy duże postępy i wygenerowaliśmy obiecujące wyniki, testując algorytm zarówno na symulatorze kwantowym, jak i na prawdziwym procesorze kwantowym. To świetny sposób na przyspieszenie nauki.”
Tak szybki postęp był częściowo możliwy dzięki zorganizowanemu podejściu do doboru zespołów. Chiara Decaroli z NQCC, odpowiedzialna za organizację wydarzenia, wyjaśnia, że w ramach procesu aplikacyjnego potencjalnych hakerów poproszono o określenie poziomu umiejętności oraz wcześniejszego doświadczenia z programowaniem kwantowym. „Stworzyliśmy zespoły składające się z osób reprezentujących różne dyscypliny i o różnych umiejętnościach, w tym osoby stosunkowo początkujące w dziedzinie kwantowej, które wiedziały, jak budować algorytmy i modele” – wyjaśniła. „Zespoły szybko zidentyfikowały, który z nich posiada wiedzę specjalistyczną niezbędną do wykonania każdego konkretnego zadania, co miało ogromny wpływ na uzyskane przez nie wyniki w bardzo krótkim czasie”.
Studentka studiów magisterskich Eden Schirman z Imperial College w Londynie z pewnością odczuła korzyści płynące z takiego podejścia. Został przydzielony do zespołu współpracującego z firmą THALES nad opracowaniem algorytmu kwantowego do wykrywania anomalii w danych sonarowych rejestrowanych przez okręty podwodne, które mogą być generowane przez wrogie łodzie podwodne lub rakiety o nieznanej sygnaturze. „Na początku poprosiłem o umieszczenie mnie w zespole z innymi osobami z Imperial, ale połączenie zespołów było mądrą decyzją” – powiedział. „Dobrze było współpracować z nowymi ludźmi, słuchać nowych pomysłów i pracować nad algorytmem kwantowym, który jest powiązany z moimi badaniami, ale nie taki sam. Otworzyło mi to umysł na nowe kierunki rozwoju algorytmów kwantowych.”
Schirman docenił także wkład firmy THALES i ekspertów technicznych z IBM. „Nasz mentor branżowy opowiedział nam o przypadku użycia i danych, a także o klasycznych implementacjach i zwykle używanych algorytmach, podczas gdy dwóch specjalistów z IBM pomagało nam przez całe wydarzenie we wdrażaniu i nowych pomysłach na algorytmy kwantowe. Dostęp do tej wiedzy i poznanie innego punktu widzenia było naprawdę pomocne”.
Pod koniec hackatonu – zaledwie 30 godzin po jego rozpoczęciu poprzedniego dnia – zespoły zaprezentowały swoje rozwiązania wszystkim pozostałym uczestnikom, a także panelowi sędziowskiemu, w którym uczestniczyli Cuthbert, Decaroli oraz eksperci kwantowi z przemysłu i środowiska akademickiego. „Wszystkie prezentacje były niesamowite” – powiedział Decaroli. „Kryteria dla nas, sędziów, obejmowały kreatywność rozwiązania, to, czy zespół zbadał skalowalność swojego podejścia do potężniejszych maszyn kwantowych oraz to, jak dobrze przedstawił swoje wyniki i odpowiedział na wszelkie pytania”.
Zwycięski zespół, który nazwał się Quassian, współpracował z firmą MDBA nad podejściem do kwantowego uczenia maszynowego, aby przyspieszyć złożone symulacje w inżynierii lotniczej. Drugie miejsce zajęła grupa Rolls Royce'a, której mentorem był Smalley, a trzecie miejsce przypadło zespołowi sponsorowanemu przez firmę BT testującemu różne kwantowe i klasyczne metody optymalizacji wydajności układów anten 2D. „Wszystkie prezentacje, które odbyły się w ciągu ostatnich kilku dni, wykazały ogromny nakład pracy, zaangażowania i entuzjazmu” – skomentował Cuthbert przed wręczeniem nagród zwycięskim zespołom. „Zawarłeś przyjaźnie i kontakty, które pozostaną z tobą do końca kariery i mam nadzieję, że to dopiero początek twojej przygody z obliczeniami kwantowymi i NQCC”.
Sukces wydarzenia toruje drogę przyszłym hackatonom, najprawdopodobniej skupionym na konkretnych sektorach przemysłu, aby zachęcić do udziału większą liczbę profesjonalistów na początku kariery. Zapewnia także zespołowi NQCC użyteczną odskocznię do jego ciągłego zaangażowania w rosnący ekosystem kwantowy w Wielkiej Brytanii. „Hackaton obejmuje wszystkie kluczowe elementy SparQ, ale na mniejszą skalę” – powiedział Decaroli. „Możemy rozszerzyć ten szablon hackatonu na długoterminowe projekty, w których programiści kwantowi, użytkownicy końcowi i dostawcy technologii będą mogli współpracować w celu opracowania bardziej złożonych rozwiązań i przetestowania ich na wielu platformach sprzętowych”.
