Первый в Великобритании хакатон по квантовым вычислениям поставил перед командами студентов и начинающих ученых задачу разработать новые квантовые решения реальных проблем.
Девять команд студентов-исследователей и начинающих ученых выстроились в очередь в конце июля, чтобы принять участие в первом в Великобритании хакатон по квантовым вычислениям. Организован Национальным центром квантовых вычислений (г.НКЦК) в сотрудничестве с QuantX, мероприятие поставило перед командами задачу разработать новые квантовые решения проблем, поставленных конечными пользователями, такими как BT, NHS и Rolls Royce.
К концу двухдневного мероприятия несколько команд запустили свои алгоритмы на квантовом оборудовании, предоставленном технологическими партнерами IBM, Oxford Quantum Circuits и AWS. Другие, разработавшие решения, выходящие за рамки возможностей современных квантовых процессоров, протестировали свои решения на квантовых симуляторах, при этом эксперты по программированию от каждого поставщика технологий всегда готовы оказать поддержку и дать совет. «Мы связывались с командами на протяжении всего мероприятия и помогали с некоторыми более техническими кодами, — сказал Франк Харкинс из IBM. «У некоторых есть хорошее представление о том, куда идти и как использовать код, в то время как другим мы помогли с теорией и алгоритмами».
Наставники от каждой из организаций конечных пользователей также работали вместе с командами, предлагая экспертные знания в предметной области, объясняя контекст проблемы и направляя хакеров к возможным решениям. Задача, поставленная Rolls Royce, например, состояла в том, чтобы предсказать срок службы реактивного двигателя на основе данных, записанных во время работы. «Прежде всего я сформулировал вариант использования, а затем провел их через квантовое машинное обучение как возможный подход», — прокомментировал наставник Джарретт Смолли, один из специалистов компании по квантовым вычислениям. «Они придумали новый подход, который по-новому сочетает некоторые существующие идеи, и было очень здорово наблюдать, как он развивается от нуля до работающей модели всего за два дня».
Другая проблема, поставленная NHS, заставила хакеров разработать стратегию распределения пациентов по койкам с учетом различных ограничений. «Это чрезвычайно сложная проблема, над которой обычно работают люди, хорошо разбирающиеся в предметной области», — объяснил наставник Дэн Шофилд, старший специалист по данным в Управлении трансформации NHS. «Вероятно, мы в нескольких шагах от квантовых вычислений в NHS, но было действительно интересно узнать, как квантовые подходы могут решить проблемы, которые мы рассматриваем».
Хакатон был первым практическим мероприятием, организованным NQCC, чтобы объединить квантовых разработчиков, конечных пользователей и поставщиков технологий для работы над реальными проблемами. В мае 2022 года он запустила свою программу обнаружения приложений SparQ, целью которого является предоставление конечным пользователям возможности экспериментировать с квантовыми алгоритмами и оборудованием для решения соответствующих задач в их секторе. «Все дело в расширении сообщества пользователей квантовых вычислений, — сказал директор NQCC Майкл Катберт. «Нет ничего лучше, чем самостоятельно запустить фрагмент кода и запустить его на реальном квантовом компьютере, чтобы познакомиться с технологией и понять ее возможности».
[Встраиваемое содержимое]
Катберт был воодушевлен уровнем заинтересованности и вовлеченности в хакатон. «У нас было слишком много мест, и мы получили потрясающую поддержку со стороны наших отраслевых партнеров и поставщиков квантовых технологий», — сказал он. «Команды хакеров были невероятно вовлечены и полны энтузиазма — некоторые работали над своим решением до глубокой ночи — и они работали вместе чрезвычайно эффективно, чтобы за короткий промежуток времени найти впечатляющие решения».
Для студентов и исследователей, составивших команды, хакатон дал ценную информацию о преимуществах, которые квантовые алгоритмы в краткосрочной перспективе могут предложить для промышленных приложений. Мария Виоларис, аспирант Оксфордского университета, работала над задачей о преследовании и уклонении, поставленной оборонной компанией MBDA. Ее команда пыталась обучить квантовую нейронную сеть выработке наилучшей стратегии для преследователя («монстра»), чтобы достичь цели («принцессы») за максимально короткое время — задача, актуальная не только для для оборонного сектора, но и для других приложений, таких как системы управления дорожным движением или системы безопасности в музеях и художественных галереях.
«Было очень приятно иметь два дня, когда вы полностью сосредоточились на одном проекте, взяли вариант использования и соединили его с квантовыми алгоритмами, которые можно было бы использовать для решения проблемы», — прокомментировал Виоларис. «Мы добились большого прогресса, учитывая короткий промежуток времени, и получили многообещающие результаты, когда протестировали алгоритм как на квантовом симуляторе, так и на реальном квантовом процессоре. Это отличный способ ускорить обучение».
Столь быстрый прогресс отчасти стал возможен благодаря структурированному подходу к отбору команд. Кьяра Декароли из NQCC, которая отвечала за организацию мероприятия, объясняет, что потенциальных хакеров попросили указать свой уровень навыков, а также свой предыдущий опыт квантового программирования в рамках процесса подачи заявки. «Мы создали команды из людей из разных дисциплин и с разным набором навыков, в том числе относительных новичков в квантовой области, которые знали, как создавать алгоритмы или модели», — пояснила она. «Команды быстро определили, у кого из них есть опыт для выполнения каждой конкретной задачи, и это оказало огромное влияние на результаты, которые они получили за очень короткое время».
Студент магистратуры Иден Ширман из Имперского колледжа Лондона, безусловно, ощутил преимущества такого подхода. Он был назначен в группу, работающую с THALES над разработкой квантового алгоритма для обнаружения аномалий в данных гидролокатора, записанных подводными лодками, которые могли быть созданы вражескими подводными лодками или ракетами с неизвестной сигнатурой. «Вначале я просил, чтобы меня поставили в команду с другими людьми из Imperial, но смешать команды было разумным решением», — сказал он. «Было приятно сотрудничать с новыми людьми, выслушивать новые идеи и работать над квантовым алгоритмом, который связан с моими исследованиями, но отличается от них. Это открыло мне новые направления для разработки квантовых алгоритмов».
Ширман также высоко оценил вклад THALES и технических экспертов IBM. «Наш отраслевой наставник рассказал нам о сценарии использования и данных, а также о классических реализациях и алгоритмах, которые обычно используются, а два специалиста из IBM помогали нам на протяжении всего мероприятия с реализацией и новыми идеями для квантовых алгоритмов. Было очень полезно получить доступ к этим знаниям и узнать другую точку зрения».
В конце хакатона — всего через 30 часов после его начала накануне — команды представили свои решения всем остальным участникам, а также судейской коллегии, в которую входили Катберт, Декароли и квантовые эксперты как из промышленности, так и из научных кругов. «Все презентации были потрясающими, — сказал Декароли. «Критерии для нас, судей, заключались в том, чтобы посмотреть на креативность решения, исследовала ли команда масштабируемость своего подхода к более мощным квантовым машинам, и насколько хорошо они представили свои результаты и ответили на любые вопросы».
Победившая команда, назвавшаяся Quassian, работала с MDBA над подходом к квантовому машинному обучению для ускорения сложных симуляций в аэрокосмической технике. Группа Rolls Royce под руководством Смолли заняла второе место, а третье место досталось группе, спонсируемой BT, которая тестировала различные квантовые и классические методы оптимизации характеристик двумерных антенных решеток. «Все презентации продемонстрировали огромное количество работы, приверженности и энтузиазма за последние пару дней», — прокомментировал Катберт, прежде чем вручить призы командам-победителям. «У вас появились друзья и контакты, которые останутся с вами до конца вашей карьеры, и я надеюсь, что это только начало вашего участия в квантовых вычислениях и NQCC».
Успех мероприятия прокладывает путь к будущим хакатонам, которые, скорее всего, будут сосредоточены на конкретных отраслевых секторах, чтобы привлечь к участию больше молодых специалистов. Это также предоставляет команде NQCC полезный плацдарм для ее постоянного взаимодействия с растущей квантовой экосистемой Великобритании. «Хакатон включает в себя все ключевые элементы SparQ, но в меньшем масштабе, — сказал Декароли. «Мы можем расширить этот шаблон хакатона для более долгосрочных проектов, в которых квантовые разработчики, конечные пользователи и поставщики технологий могут работать вместе, чтобы разрабатывать более сложные решения и тестировать их на нескольких аппаратных платформах».
