Hackathon ponuja vpogled v kvantni potencial – svet fizike

Mirni in tihi hodniki stavbe za poučevanje in učenje Univerze v Birminghamu so le malo kazali na intenzivna prizadevanja desetih ekip, ki sodelujejo v drugem kvantnem hackathonu, ki ga bo organiziral Nacionalni center za kvantno računalništvo Združenega kraljestva (NQCC). Imeli so samo dva dneva, da oblikujejo kvantne rešitve za težave v resničnem svetu, ki jih postavljajo končni uporabniki, od Nacionalne zdravstvene službe (NHS) in National Grid do Rolls Roycea in finančnih strokovnjakov Nomura, ter da preizkusijo svoje pristope na platformah strojne opreme različnih ponudniki tehnologije.

»To je bila odlična izkušnja, ki nam je resnično omogočila, da smo se poglobili v primer uporabe, ki je pomemben za mnoge naše stranke,« je dejal Salvatore Sinno, specialist za raziskave in razvoj pri ponudniku digitalnih rešitev Unisys. "Naša ekipa je bila izjemna in zagotavljanje rešitve v samo dveh dneh dokazuje, da je vse mogoče, če imate prave veščine in pravo interakcijo med strokovnjaki za podjetja, raziskave in strojno opremo."

V primerjavi z lanskoletnim dogodkom, ki je bil prvi te vrste v Združenem kraljestvu, se je na izdaji leta 2023 znatno povečala udeležba, zlasti iz komercialnega sektorja. »Lansko leto smo bili navdušeni nad stopnjo navdušenja in angažiranosti v celotnem hackathonu,« je povedal Michael Cuthbert, direktor NQCC. "Letos imamo več industrijskih partnerjev, ki naše hekerje izpostavljajo širšemu naboru primerov uporabe, poleg tega je več podjetij, ki nudijo dostop do svojih platform strojne opreme v primerjavi z lanskim letom."

V nekaterih primerih je bil hekerjem omogočen ekskluziven dostop do platform strojne opreme, ki niso javno dostopne, kar jim je omogočilo pridobivanje izkušenj z uporabo različnih strojev in modalitet. »To je merilo dozorevanja tehnološke pokrajine v kvantnem računalništvu,« je nadaljeval Cuthbert. "Vznemirljivo je, da lahko raziskujemo razlike in podobnosti med platformami ter vidimo, kakšno zmogljivost je mogoče doseči v razponu tehnologij, ki jih imamo na voljo."

Kvantno računalništvo je za nas precej novo področje in želeli smo pridobiti razumevanje njegovih trenutnih zmogljivosti in omejitev.

Fazal Chaudry, UKAEA

Eden od glavnih ciljev dogodka je bil povečati zavedanje o trenutnih zmogljivostih kvantnega računalništva med različnimi organizacijami in podjetji ter udeležencem ponuditi praktično izkušnjo pisanja kvantnih algoritmov in njihovega izvajanja na pravem kvantnem računalniku. Hekerji so bili večinoma doktorski študenti in znanstveniki na začetku kariere z različnimi ravnmi izkušenj s kvantnim računalništvom, medtem ko je vsaka ekipa vključevala tudi tehničnega strokovnjaka enega od ponudnikov strojne opreme in industrijskega mentorja za razlago in kontekstualizacijo primera uporabe.

Medtem ko so nekateri industrijski partnerji že začeli razvijati lastno strokovno znanje in izkušnje na področju kvantnega računalništva, je drugim hackathon ponudil dragocen prvi pogled na nastajajoče kvantne algoritme in strojno opremo. "Kvantno računalništvo je za nas precej novo področje in želeli smo pridobiti razumevanje njegovih trenutnih zmogljivosti in omejitev," je povedal Fazal Chaudry, glavni sistemski inženir pri Upravi Združenega kraljestva za atomsko energijo (UKAEA). "Ustvarili smo primer uporabe za ekipo, ki temelji na problemu jedrske fuzije, ki bi ga običajno preučevali s klasično simulacijo, in želeli smo videti, ali bi se lahko lotili istega problema s kvantnim računalnikom."

Chaudryjev zaključek, vsaj delno skozi dogodek, je bil, da kvantni računalniki še niso tam. "Ekipa je razvila nekaj algoritmov, ki bi načeloma lahko rešili problem, vendar strojna oprema še vedno ni dovolj zrela, da bi nam ponudila prednost v zmogljivosti," je dejal. "Toda to je koristno izhodišče in ponuja način, da razumemo, kaj moramo narediti."

Ena glavnih učnih točk za Chaudryja je bila, da kvantni računalniki zahtevajo drugačen pristop k matematičnim problemom. "Namesto da poskušamo obstoječo klasično težavo prevesti v kvantni računalnik, moramo ponovno razmisliti o načinu kodiranja informacij, da dosežemo hitrost," je nadaljeval. "Morda bomo morali problem predstaviti na precej drugačen način, vendar v tem primeru še vedno potrebujemo meritev za primerjavo zmogljivosti in preizkus, ali lahko kvantni računalnik ponudi resnično prednost."

Ekipe smo skrbno uravnotežili, da smo združili različna področja strokovnega znanja in različne ravni spretnosti na področju kvantnega računalništva.

Daisy Shearer, NQCC

Za hekerje je dogodek medtem ponudil priložnost, da izboljšajo svoje obstoječe veščine na področju kvantnega računalništva, se seznanijo s potencialnimi primeri uporabe v različnih industrijskih sektorjih in vidijo, kako bi lahko tehnologijo izkoristili na drugih raziskovalnih področjih. »Skrbno smo uravnotežili ekipe, da smo združili različna področja strokovnega znanja in različne ravni spretnosti na področju kvantnega računalništva,« je pojasnila Daisy Shearer iz NQCC, ki je vodila letošnji dogodek. "Imamo ljudi iz inženirskih in kemijskih ozadij, ki delijo svoje znanje o domeni, medtem ko so bili ljudje z več izkušnjami s kvantnim računalništvom izpostavljeni različnim industrijskim težavam in tehnologijam strojne opreme."

Za doktorsko študentko Annie Paine, ki se je s kvantnimi algoritmi že ukvarjala v svojem raziskovalnem projektu, je hackathon ponudil priložnost, da obogati svoje znanje o različnih tehnikah kodiranja. "Že nekaj časa sem želela spoznati tehniko, imenovano ekvivariantna vdelava, vendar to ni bila glavna prioriteta med mojim doktoratom," je pojasnila. "Imeti dva dneva, ko sem se lahko resnično osredotočil na to, je bilo res dobro, poleg tega sem videl, kako je to posebno metodo mogoče uporabiti pri problemu zaporedja DNK."

Fergus Hayes, podoktorski raziskovalec, ki je preiskoval, kako bi lahko kvantno računalništvo uporabili za zaznavanje gravitacijskih valov v velikih nizih astronomskih podatkov, je bil navdušen nad raziskovanjem nabora strategij, ki jih je mogoče uporabiti za reševanje določenega problema. "Sodelovali smo z NHS na problemu trgovskega potnika, kjer moramo najti optimalno pot med različnimi zdravstvenimi centri," je pojasnil. "Izpostavljen sem bil že novim idejam in novim orodjem, ki bi jih morda lahko uporabil pri svojih raziskavah, poleg tega upam, da bom dobil še širšo sliko, ko bomo izvedeli, kaj počnejo druge ekipe."

Tako Paine kot Hayes sta cenila priložnost za izmenjavo izkušenj z drugimi ljudmi, ki delajo na tem področju, in ugotovitev, kako bi lahko podobna kvantna orodja in tehnike uporabili v različnih praktičnih scenarijih. Številni primeri uporabe so dejansko vključevali neko obliko optimizacije, kar je zahteven matematični problem tudi za najmočnejše klasične računalnike. "Verjamemo, da lahko kvantno računalništvo že ponudi nekaj koristi za te velike optimizacijske probleme," je dejal Sinno, katerega primer uporabe je bil osredotočen na logistično uganko usmerjanja tovornih vozil na več destinacij v določenih časovnih oknih. "Ta primer uporabe nam je zelo pri srcu, saj je to vrsta težave, s katero nam stranke pogosto predstavljajo."

Premagovanje omejitev

Sinnu je sodelovanje s študenti in ponudniki tehnologije ponudilo nov vpogled v njegov poseben primer uporabe. "Našli smo način za premagovanje trenutnih omejitev strojne opreme, vendar nam je pokazal, da kvantno računalništvo še vedno ni dovolj zrelo za reševanje vseh vrst težav," je dejal. »Resnično morate združiti vse – podjetje, raziskovalno skupnost in ponudnike tehnologije –, da prepoznate prave primere uporabe in jih prevedete v probleme, ki jim lahko koristijo današnji kvantni računalniki.«

Chaudry se strinja in poudarja, da omejen obseg trenutnih platform strojne opreme ni edina ovira, ki preprečuje širšo uporabo tehnologije. »Ko programiramo klasične računalnike, ne vemo, kaj se dogaja v njih, vendar smo ugotovili, da morate resnično razumeti notranje delovanje kvantne strojne opreme, da lahko koda deluje,« pravi. "Potrebujemo algoritme višje ravni, ki bodo omogočili končnim uporabnikom, kot smo mi, da se odmaknejo od strojno zasnovanega razmišljanja in se bolj osredotočijo na reševanje našega posebnega problema."

Hackathon mi je poudaril, da se moramo osredotočiti tudi na uporabnost naše strojne opreme

Dave Roberts, ORCA Computing

To mnenje je ponovil Dave Roberts iz ORCA Computing, ki je hekerjem med dogodkom omogočil zasebni dostop do svoje platforme fotonike. »Z vidika strojne opreme je stalni dejavnik, da naredimo naše naprave močnejše, vendar mi je hackathon poudaril, da se moramo osredotočiti tudi na uporabnost naše strojne opreme,« je dejal. "Da bi pritegnili končne uporabnike, ki se s kvantnimi računalniki morda ne bodo igrali vsak dan, moramo zagotoviti zmogljivejša orodja v skladu programske opreme, da olajšamo prehod iz težav v resničnem svetu v kodo, ki se lahko izvaja na kvantnem računalniku."

Takšno skupno odkritje in učenje med ključnimi deležniki v kvantnem ekosistemu Združenega kraljestva je natanko rezultat, ki ga je NQCC upal doseči z dogodkom. »Želeli smo, da naše ekipe raziščejo vrste težav, ki jih je mogoče rešiti s kvantnimi računalniki, in ugotovijo, ali tehnologija ponuja obseg, zmogljivost in zrelost za pristop k primerom uporabe, ki jih ponujajo naši industrijski partnerji,« je dejal Cuthbert. "Glede na inovativne rešitve, ki so jih predstavili ob koncu hackathona, mi je jasno, da so se vsi naši udeleženci naučili nekaj, kar lahko nadaljujejo tudi po teh dveh dneh."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Avtomobili/EV, Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• ChartPrime. Izboljšajte svojo igro trgovanja s ChartPrime. Dostopite tukaj.
• BlockOffsets. Posodobitev okoljskega offset lastništva. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/hackathon-offers-glimpse-of-quantum-potential/