Перший у Великій Британії хакатон з квантових обчислень кинув виклик командам студентів і вчених-початківців розробити нові квантові рішення для реальних проблем
Дев'ять команд студентів-дослідників і вчених-початківців вишикувались наприкінці липня, щоб змагатися в першому у Великій Британії хакатон квантових обчислень. Організатор Національний центр квантових обчислень (NQCC) у співпраці з QuantX, ця подія поставила перед командами завдання розробити нові квантові рішення для проблем, поставлених кінцевими користувачами, такими як BT, NHS і Rolls Royce.
До кінця дводенного заходу кілька команд запустили свої алгоритми на квантовому обладнанні, наданому технологічними партнерами IBM, Oxford Quantum Circuits і AWS. Інші, які розробили рішення, що виходять за межі можливостей поточних квантових процесорів, перевіряли свої рішення на квантових симуляторах з експертами з програмування від кожного з постачальників технологій, щоб надати підтримку та поради. «Ми спілкувалися з командами протягом усього заходу та допомагали з деякими більш технічним кодом», — сказав Френк Харкінс з IBM. «Деякі мають гарне уявлення про те, куди йти та як використовувати код, тоді як деяким з інших ми допомогли трохи теорії та алгоритмів».
Наставники від кожної з організацій кінцевих користувачів також працювали разом з командами, щоб надати експертні знання в галузі, пояснити контекст проблеми та спрямувати хакерів до потенційних рішень. Завдання, поставлене Rolls Royce, наприклад, полягало в тому, щоб передбачити термін служби реактивного двигуна на основі даних, записаних під час роботи. «Спочатку я визначив сценарій використання, а потім провів їх через квантове машинне навчання як можливий підхід», — прокоментував наставник Джаррет Смоллі, один із спеціалістів компанії з квантових обчислень. «Вони запропонували новий підхід, який по-новому поєднує деякі існуючі ідеї, і було дуже круто спостерігати, як він розвивається з нічого до робочої моделі лише за два дні».
Інша проблема, поставлена NHS, змусила хакерів розробити стратегію розподілу пацієнтів по ліжках, враховуючи при цьому різні обмеження. «Це надзвичайно складна проблема, яку зазвичай розв’язують люди на місцях, які володіють великими знаннями в галузі», — пояснив наставник Ден Шофілд, старший науковий співробітник Управління трансформації NHS. «Ми, ймовірно, за кілька кроків від квантових обчислень у NHS, але було справді цікаво дізнатися, як квантові підходи можуть вирішити ті проблеми, які ми розглядаємо».
Хакатон був першим практичним заходом, організованим NQCC, щоб об’єднати квантових розробників, кінцевих користувачів і постачальників технологій для роботи над проблемами реального світу. У травні 2022 року це запустив програму виявлення програм SparQ, який має на меті надати кінцевим користувачам можливість експериментувати з квантовими алгоритмами та апаратним забезпеченням для вирішення відповідних випадків використання в їхньому секторі. «Уся справа в розширенні спільноти користувачів квантових обчислень», — сказав директор NQCC Майкл Катберт. «Немає нічого схожого на те, щоб самостійно запустити фрагмент коду та запустити його на реальному квантовому комп’ютері, щоб задіяти технологію та зрозуміти її можливості».
[Вбудоване вміст]
Катберт був надихнутий рівнем зацікавленості та відданості хакатону. «Ми перевищили кількість місць, і ми отримали чудову підтримку від наших галузевих партнерів і постачальників квантових технологій», — сказав він. «Команди хакерів були неймовірно залученими та повними ентузіазму – деякі працювали над своїм рішенням до ночі – і вони працювали разом надзвичайно ефективно, щоб за короткий проміжок часу створити вражаючі рішення».
Для студентів і дослідників, які складали команди, хакатон запропонував цінне уявлення про переваги, які короткострокові квантові алгоритми можуть запропонувати для промислового застосування. Марія Віоларіс, докторант Оксфордського університету, працювала над проблемою переслідування та ухилення, поставленою оборонною компанією MBDA. Її команда намагалася навчити квантову нейронну мережу виробити найкращу стратегію для переслідувача («монстра»), щоб якнайшвидше досягти цілі («принцеси») — проблема, яка стосується не лише оборонного сектору, а також для інших застосувань, таких як контроль руху або системи безпеки в музеях і художніх галереях.
«Було дуже добре провести два дні, коли ви повністю зосередилися на одному проекті, а також взяти варіант використання та зв’язати його з квантовими алгоритмами, які можна використати для вирішення проблеми», — прокоментував Віоларіс. «Ми досягли значного прогресу за короткий проміжок часу, і ми отримали кілька багатообіцяючих результатів, коли тестували алгоритм як на квантовому симуляторі, так і на реальному квантовому процесорі. Це був чудовий спосіб прискорити навчання».
Такий швидкий прогрес частково став можливим завдяки структурованому підходу до відбору команд. К’яра Декаролі з NQCC, яка відповідала за організацію заходу, пояснює, що потенційних хакерів попросили вказати рівень своїх навичок, а також їхній попередній досвід роботи з квантовим програмуванням як частину процесу подання заявки. «Ми створили команди з людей з різних дисциплін і з різними навичками, включаючи відносних новачків у квантовій галузі, які знали, як створювати алгоритми чи моделі», — пояснила вона. «Команди швидко визначили, хто з них має досвід для виконання кожного конкретного завдання, і це мало величезний вплив на результати, які вони отримали за дуже короткий час».
Студент магістратури Еден Ширман з Імперського коледжу Лондона, звичайно, відчув переваги такого підходу. Його призначили в групу, яка працювала з THALES над розробкою квантового алгоритму для виявлення аномалій у даних сонара, записаних підводними човнами, які могли бути створені ворожими підводними човнами або ракетами з невідомою сигнатурою. «Спочатку я попросив, щоб мене включили в команду з іншими людьми з Imperial, але це було розумне рішення змішати команди», — сказав він. «Було добре співпрацювати з новими людьми, слухати нові ідеї та працювати над квантовим алгоритмом, який пов’язаний з моїми дослідженнями, але не той самий. Це відкрило мій розум для нових напрямків розробки квантових алгоритмів».
Ширман також високо оцінив внесок THALES і технічних експертів IBM. «Наш галузевий наставник розповів нам про сценарій використання та дані, а також про класичні реалізації та алгоритми, які зазвичай використовуються, тоді як два спеціалісти з IBM допомагали нам протягом усього заходу з реалізацією та новими ідеями для квантових алгоритмів. Було дуже корисно отримати доступ до цих знань і отримати іншу точку зору».
Наприкінці хакатону — лише через 30 годин після його початку попереднього дня — команди представили свої рішення всім іншим учасникам, а також суддівській комісії, до складу якої входили Катберт, Декаролі та квантові експерти як з галузі, так і з академічних кіл. «Усі презентації були чудовими, — сказав Декаролі. «Критеріями для нас, суддів, були дивитися на креативність рішення, чи досліджувала команда масштабованість свого підходу до більш потужних квантових машин, і наскільки добре вони представили свої результати та відповіли на будь-які запитання».
Команда-переможець, яка назвала себе Quassian, працювала з MDBA над підходом квантового машинного навчання для прискорення складного моделювання в аерокосмічній інженерії. Група Rolls Royce під наставництвом Смоллі посіла друге місце, а третє місце дісталося спонсорованій BT команді, яка випробовувала різні квантові та класичні методи оптимізації продуктивності двовимірних антенних решіток. «Усі презентації продемонстрували величезну кількість роботи, відданість та ентузіазм протягом останніх кількох днів», — прокоментував Катберт перед тим, як вручити призи командам-переможцям. «Ви знайшли друзів і контактів, які залишаться з вами до кінця вашої кар’єри, і я сподіваюся, що це лише початок вашої взаємодії з квантовими обчисленнями та NQCC».
Успіх заходу прокладає шлях до майбутніх хакатонів, які, швидше за все, будуть зосереджені на конкретних галузевих галузях, щоб заохотити до участі більше професіоналів на початку кар’єри. Це також надає команді NQCC корисний плацдарм для її постійної взаємодії зі зростаючою квантовою екосистемою Великобританії. «Хакатон включає в себе всі ключові елементи SparQ, але в меншому масштабі», — сказав Декаролі. «Ми можемо розширити цей шаблон хакатону до довгострокових проектів, де квантові розробники, кінцеві користувачі та постачальники технологій можуть працювати разом, щоб розробляти більш складні рішення та тестувати їх на кількох апаратних платформах».
