Hackathon oferece um vislumbre do potencial quântico – Physics World

Os corredores calmos e silenciosos do Edifício de Ensino e Aprendizagem da Universidade de Birmingham ofereceram poucas indicações dos intensos esforços feitos pelas dez equipes que participaram do segundo hackathon quântico a ser organizado pelo Centro Nacional de Computação Quântica (NQCC) do Reino Unido. Eles tiveram apenas dois dias para conceber soluções quânticas para problemas do mundo real definidos por usuários finais, desde o Serviço Nacional de Saúde (NHS) e a Rede Nacional até a Rolls Royce e os especialistas financeiros Nomura, e para testar suas abordagens em plataformas de hardware de diferentes fornecedores de tecnologia.

“Foi uma ótima experiência que realmente nos permitiu aprofundar um caso de uso que é relevante para muitos de nossos clientes”, disse Salvatore Sinno, especialista em P&D da provedora de soluções digitais Unisys. “Nossa equipe tem sido excepcional e entregar uma solução em apenas dois dias mostra que tudo é possível quando você tem as habilidades certas e a interação certa entre especialistas em negócios, pesquisa e hardware.”

Em comparação com o evento do ano passado, que foi o primeiro do género no Reino Unido, a edição de 2023 registou um aumento significativo na participação, especialmente do setor comercial. “Ficamos entusiasmados no ano passado com o nível de entusiasmo e envolvimento durante o hackathon”, disse Michael Cuthbert, diretor do NQCC. “Este ano temos mais parceiros da indústria que estão expondo nossos hackers a uma gama mais ampla de casos de uso, além de haver mais empresas fornecendo acesso às suas plataformas de hardware em comparação com o ano passado.”

Em alguns casos, os hackers tiveram acesso exclusivo a plataformas de hardware que não estão disponíveis publicamente, permitindo-lhes ganhar experiência no uso de diferentes máquinas e modalidades. “Essa é uma medida do amadurecimento do cenário tecnológico na computação quântica”, continuou Cuthbert. “É emocionante poder explorar as diferenças e semelhanças entre as plataformas e ver que tipo de desempenho pode ser alcançado através da gama de tecnologias que temos disponíveis.”

A computação quântica é uma área bastante nova para nós e queríamos compreender suas capacidades e limitações atuais.

Fazal Chaudry, UKAEA

Um dos principais objetivos do evento foi conscientizar as capacidades atuais da computação quântica entre diferentes organizações e empresas e fornecer aos participantes experiência prática na escrita de algoritmos quânticos e na execução deles em um computador quântico real. Os hackers eram em sua maioria estudantes de doutorado e cientistas em início de carreira com vários níveis de experiência com computação quântica, enquanto cada equipe também incluía um especialista técnico de um dos fornecedores de hardware, além de um mentor do setor para explicar e contextualizar o caso de uso.

Embora alguns dos parceiros da indústria já tivessem começado a desenvolver os seus próprios conhecimentos em computação quântica, para outros o hackathon ofereceu uma primeira visão valiosa sobre algoritmos e hardware quânticos emergentes. “A computação quântica é uma área bastante nova para nós e queríamos compreender as suas capacidades e limitações atuais”, disse Fazal Chaudry, principal engenheiro de sistemas da Autoridade de Energia Atómica do Reino Unido (UKAEA). “Criamos um caso de uso para a equipe com base em um problema de fusão nuclear que normalmente estudaríamos usando simulação clássica, e queríamos ver se poderíamos resolver o mesmo problema com um computador quântico.”

A conclusão de Chaudry, pelo menos no meio do evento, foi que os computadores quânticos ainda não chegaram lá. “A equipe desenvolveu alguns algoritmos que, em princípio, poderiam resolver o problema, mas o hardware ainda não está maduro o suficiente para nos oferecer uma vantagem de desempenho”, disse ele. “Mas é um ponto de partida útil e oferece uma maneira de entendermos o que precisamos fazer.”

Um importante ponto de aprendizagem para Chaudry foi que os computadores quânticos exigem uma forma diferente de abordar o problema matemático. “Em vez de tentar traduzir um problema clássico existente para um computador quântico, precisamos repensar a forma como codificamos as informações para obter maior velocidade”, continuou ele. “Podemos precisar representar o problema de uma forma muito diferente, mas nesse caso ainda precisamos de uma métrica para comparar o desempenho e testar se um computador quântico pode oferecer uma vantagem genuína.”

Equilibramos cuidadosamente as equipes para combinar diferentes áreas de especialização e diversos níveis de habilidade em computação quântica

Daisy Shearer, NQCC

Enquanto isso, para os hackers, o evento ofereceu uma oportunidade de aprimorar suas habilidades existentes em computação quântica, aprender sobre possíveis casos de uso em diferentes setores da indústria e ver como a tecnologia pode ser explorada em outros campos de pesquisa. “Equilibramos cuidadosamente as equipes para combinar diferentes áreas de especialização e diversos níveis de habilidade em computação quântica”, explicou Daisy Shearer do NQCC, que liderou o evento deste ano. “Temos pessoas com formação em engenharia e química que compartilham seu conhecimento de domínio, enquanto pessoas com mais experiência em computação quântica foram expostas a diferentes problemas da indústria e tecnologias de hardware.”

Para a estudante de doutorado Annie Paine, que já trabalha com algoritmos quânticos em seu projeto de pesquisa, o hackathon ofereceu a oportunidade de enriquecer seu conhecimento sobre diferentes técnicas de codificação. “Há algum tempo eu queria aprender sobre uma técnica chamada incorporação equivariante, mas ela não foi a principal prioridade durante meu doutorado”, explicou ela. “Ter dois dias em que posso realmente me concentrar nisso tem sido muito bom, além disso, vi como esse método específico pode ser aplicado ao problema do sequenciamento de DNA.”

Enquanto isso, Fergus Hayes, um pesquisador de pós-doutorado que tem investigado como a computação quântica pode ser usada para detectar ondas gravitacionais em grandes conjuntos de dados astronômicos, estava entusiasmado em explorar a gama de estratégias que podem ser implantadas para resolver um problema específico. “Temos trabalhado com o NHS num problema do caixeiro viajante onde precisamos de encontrar o caminho ideal entre os diferentes centros de saúde”, explicou. “Já fui exposto a novas ideias e novas ferramentas que posso usar em minha pesquisa, e espero ter uma visão ainda mais ampla quando ouvirmos sobre o que as outras equipes têm feito.”

Tanto Paine quanto Hayes valorizaram a oportunidade de compartilhar experiências com outras pessoas que trabalham na área e de descobrir como ferramentas e técnicas quânticas semelhantes poderiam ser aplicadas em diferentes cenários práticos. Na verdade, muitos dos casos de uso envolveram alguma forma de otimização, o que é um problema matemático desafiador mesmo para os computadores clássicos mais poderosos. “Acreditamos que a computação quântica já pode oferecer alguns benefícios para esses grandes problemas de otimização”, disse Sinno, cujo caso de uso centrou-se no quebra-cabeça logístico de rotear veículos de carga para vários destinos dentro de janelas de tempo específicas. “Este caso de uso é muito importante para nós, pois é o tipo de problema que nossos clientes costumam nos apresentar.”

Superando limitações

Para Sinno, trabalhar junto com estudantes e fornecedores de tecnologia ofereceu novos insights sobre seu caso de uso específico. “Encontramos uma maneira de superar as atuais limitações do hardware, mas isso nos mostrou que a computação quântica ainda não está madura o suficiente para enfrentar todo tipo de problema”, disse ele. “É realmente necessário reunir todos – as empresas, a comunidade de investigação e os fornecedores de tecnologia – para identificar os casos de utilização corretos e traduzi-los em problemas que possam beneficiar dos computadores quânticos atuais.”

Chaudry concorda, salientando que a escala limitada das actuais plataformas de hardware não é o único obstáculo que impede uma adopção mais generalizada da tecnologia. “Quando programamos computadores clássicos, não temos conhecimento do que está acontecendo dentro deles, mas descobrimos que é realmente necessário entender o funcionamento interno do hardware quântico para fazer o código funcionar”, diz ele. “Precisamos de algoritmos de nível superior para permitir que usuários finais como nós se afastem desse pensamento baseado em máquina e se concentrem mais na solução de nosso problema específico.”

O hackathon enfatizou para mim que também precisamos nos concentrar na usabilidade do nosso hardware

Dave Roberts, computação ORCA

Essa opinião foi compartilhada por Dave Roberts, da ORCA Computing, que forneceu aos hackers acesso privado à sua plataforma fotônica durante o evento. “Do ponto de vista do hardware, o fator determinante constante é tornar nossos dispositivos mais poderosos, mas o hackathon enfatizou para mim que também precisamos nos concentrar na usabilidade do nosso hardware”, disse ele. “Para trazer usuários finais que talvez não joguem com computadores quânticos todos os dias, precisamos fornecer ferramentas mais poderosas na pilha de software para facilitar a transição de problemas do mundo real para códigos que possam ser executados em um computador quântico.”

Essa descoberta e aprendizagem partilhadas entre as principais partes interessadas no ecossistema quântico do Reino Unido é exactamente o tipo de resultado que o NQCC esperava alcançar com o evento. “Queríamos que nossas equipes explorassem os tipos de problemas que podem ser resolvidos por computadores quânticos e descobrissem se a tecnologia oferece escala, desempenho e maturidade para abordar os casos de uso fornecidos por nossos parceiros da indústria”, disse Cuthbert. “A partir das soluções inovadoras apresentadas no final do hackathon, fica claro para mim que todos os nossos participantes aprenderam algo que podem levar adiante além desses dois dias.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/hackathon-offers-glimpse-of-quantum-potential/