O primeiro hackathon de computação quântica do Reino Unido desafiou equipes de estudantes e cientistas em início de carreira a desenvolver novas soluções quânticas para problemas da vida real
Nove equipes de estudantes de pesquisa e cientistas em início de carreira fizeram fila no final de julho para competir no primeiro hackathon de computação quântica. Organizado pelo Centro Nacional de Computação Quântica (NQCC) em colaboração com Quant X, o evento desafiou as equipes a desenvolver novas soluções quânticas para problemas definidos por usuários finais como a BT, o NHS e a Rolls Royce.
Ao final do evento de dois dias, várias equipes executaram seus algoritmos em hardware quântico fornecido pelos parceiros tecnológicos IBM, Oxford Quantum Circuits e AWS. Outros, que desenvolveram soluções além das capacidades dos processadores quânticos atuais, testaram suas soluções em simuladores quânticos, com especialistas em programação de cada um dos fornecedores de tecnologia disponíveis para fornecer suporte e aconselhamento. “Estamos conversando com as equipes durante todo o evento e ajudando com alguns dos códigos mais técnicos”, disse Frank Harkins, da IBM. “Alguns têm uma boa visão de onde ir e como usar o código, enquanto para alguns outros ajudamos com um pouco da teoria e dos algoritmos.”
Mentores de cada uma das organizações de usuários finais também trabalharam junto com as equipes para oferecer conhecimento especializado no domínio, explicar o contexto do problema e orientar os hackers em direção a possíveis soluções. O desafio lançado pela Rolls Royce, por exemplo, foi prever a vida útil de um motor a jato com base em dados registrados durante a operação. “Em primeiro lugar, estruturei o caso de uso e, a partir daí, orientei-os através do aprendizado de máquina quântica como uma abordagem possível”, comentou o mentor Jarrett Smalley, um dos especialistas em computação quântica da empresa. “Eles criaram uma abordagem inovadora que combina algumas ideias existentes de uma nova maneira, e tem sido muito legal vê-la evoluir do nada para um modelo funcional em apenas dois dias.”
Outro problema, colocado pelo NHS, desafiou os hackers a elaborar uma estratégia para alocar pacientes em leitos, ao mesmo tempo que levavam em conta várias restrições. “É um problema extremamente complexo que normalmente é resolvido por pessoas no terreno com muito conhecimento do domínio”, explicou o mentor Dan Schofield, cientista de dados sénior da Direcção de Transformação do NHS. “Provavelmente estamos a poucos passos de ter qualquer computação quântica no NHS, mas tem sido muito interessante descobrir como as abordagens quânticas podem ser capazes de resolver o tipo de problemas que estamos a analisar.”
O hackathon foi o primeiro evento prático organizado pelo NQCC para reunir desenvolvedores quânticos, usuários finais e fornecedores de tecnologia para trabalhar em problemas do mundo real. Em maio de 2022 lançou seu programa de descoberta de aplicativos SparQ, que visa fornecer aos usuários finais a oportunidade de experimentar algoritmos e hardware quânticos para lidar com casos de uso relevantes em seu setor. “É tudo uma questão de aumentar a comunidade de usuários da computação quântica”, disse o diretor do NQCC, Michael Cuthbert. “Não há nada como executar você mesmo um trecho de código e executá-lo em um computador quântico real, para interagir com a tecnologia e compreender suas capacidades.”
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Cuthbert foi encorajado pelo nível de interesse e comprometimento no hackathon. “Tínhamos um número excessivo de vagas e tivemos um excelente apoio de nossos parceiros da indústria e dos fornecedores de tecnologia quântica”, disse ele. “As equipes de hackers têm estado incrivelmente engajadas e entusiasmadas – alguns trabalharam em suas soluções até altas horas da noite – e trabalharam juntas de forma extremamente eficaz para encontrar algumas soluções impressionantes em um curto espaço de tempo.”
Para os estudantes e pesquisadores que formaram as equipes, o hackathon ofereceu uma visão valiosa sobre a vantagem que os algoritmos quânticos de curto prazo podem oferecer para aplicações industriais. Maria Violaris, estudante de doutoramento da Universidade de Oxford, estava a trabalhar num problema de perseguição e evasão definido pela empresa de defesa MBDA. Sua equipe estava tentando treinar uma rede neural quântica para encontrar a melhor estratégia para um caçador (o “monstro”) atingir o alvo (a “princesa”) no tempo mais rápido possível – um problema que é relevante não apenas para o sector da defesa, mas também para outras aplicações, como controlo de tráfego ou sistemas de segurança em museus e galerias de arte.
“Foi muito bom ter dois dias em que você está totalmente focado em um projeto e pegar um caso de uso e conectá-lo aos algoritmos quânticos que poderiam ser usados para resolver o problema”, comentou Violaris. “Fizemos muito progresso devido ao curto prazo e geramos alguns resultados promissores quando testamos o algoritmo em um simulador quântico e em um processador quântico real. Tem sido uma ótima maneira de acelerar o aprendizado.”
Este progresso rápido foi em parte possível graças a uma abordagem estruturada à selecção das equipas. Chiara Decaroli, do NQCC, responsável pela organização do evento, explica que os possíveis hackers foram solicitados a especificar seu nível de habilidade, bem como sua experiência anterior com programação quântica como parte do processo de inscrição. “Criamos equipes com pessoas de diferentes disciplinas e com diversos conjuntos de habilidades, incluindo relativamente iniciantes na área quântica que sabiam como construir algoritmos ou modelos”, explicou ela. “As equipes foram rápidas em identificar quais delas tinham experiência para executar cada tarefa específica, e isso teve um enorme impacto nos resultados que produziram em muito pouco tempo.”
O aluno de mestrado Eden Schirman, do Imperial College London, certamente sentiu os benefícios dessa abordagem. Ele foi designado para uma equipe que trabalhava com a THALES para desenvolver um algoritmo quântico para detectar anomalias em dados de sonar registrados por submarinos, que poderiam ser gerados por submarinos inimigos ou mísseis com assinatura desconhecida. “No início pedi para formar uma equipe com outras pessoas do Imperial, mas foi uma decisão inteligente misturar as equipes”, disse ele. “Tem sido bom colaborar com novas pessoas, ouvir novas ideias e trabalhar num algoritmo quântico que está relacionado com a minha investigação, mas não é o mesmo. Isso abriu minha mente para novas direções no desenvolvimento de algoritmos quânticos.”
Schirman também valorizou a contribuição da THALES e dos especialistas técnicos da IBM. “Nosso mentor do setor nos contou sobre o caso de uso e os dados, bem como as implementações e algoritmos clássicos que normalmente são usados, enquanto dois especialistas da IBM nos ajudaram durante todo o evento com a implementação e com novas ideias para algoritmos quânticos. Tem sido muito útil ter acesso a esse conhecimento e obter um ponto de vista diferente.”
No final do hackathon – apenas 30 horas após o início do dia anterior – as equipes apresentaram suas soluções a todos os demais participantes, bem como a um painel de jurados que incluía Cuthbert, Decaroli e especialistas quânticos da indústria e da academia. “Todas as apresentações foram incríveis”, disse Decaroli. “Os critérios para nós, juízes, foram observar a criatividade da solução, se a equipe havia investigado a escalabilidade de sua abordagem para máquinas quânticas mais poderosas e quão bem eles apresentaram seus resultados e responderam a quaisquer perguntas.”
A equipe vencedora, que se autodenomina Quassian, vem trabalhando com o MDBA em uma abordagem de aprendizado de máquina quântica para acelerar simulações complexas em engenharia aeroespacial. O grupo Rolls Royce orientado por Smalley ficou em segundo lugar, enquanto o terceiro foi para uma equipe patrocinada pela BT que testou diferentes métodos quânticos e clássicos para otimizar o desempenho de conjuntos de antenas 2D. “Todas as apresentações demonstraram enorme trabalho, comprometimento e entusiasmo nos últimos dias”, comentou Cuthbert, antes de entregar os prêmios às equipes vencedoras. “Você fez amigos e contatos que permanecerão com você pelo resto de sua carreira e espero que seja apenas o começo de seu envolvimento com a computação quântica e o NQCC.”
O sucesso do evento abre caminho para futuros hackathons, provavelmente focados em setores específicos da indústria para incentivar a participação de mais profissionais em início de carreira. Também fornece à equipa do NQCC um trampolim útil para o seu envolvimento contínuo com o crescente ecossistema quântico do Reino Unido. “O hackathon encapsula todos os elementos-chave do SparQ, mas em menor escala”, disse Decaroli. “Podemos estender este modelo de hackathon para projetos de longo prazo onde desenvolvedores quânticos, usuários finais e provedores de tecnologia podem trabalhar juntos para desenvolver soluções mais complexas e testá-las em múltiplas plataformas de hardware.”
