Cuộc thi hackathon điện toán lượng tử đầu tiên của Vương quốc Anh đã thách thức các nhóm sinh viên và nhà khoa học mới vào nghề nghĩ ra các giải pháp lượng tử mới cho các vấn đề thực tế
Chín nhóm sinh viên nghiên cứu và các nhà khoa học mới vào nghề đã xếp hàng vào cuối tháng XNUMX để cạnh tranh trong cuộc thi đầu tiên của Vương quốc Anh hackathon điện toán lượng tử. Được tổ chức bởi Trung tâm Điện toán Lượng tử Quốc gia (NQCC) phối hợp với lượngX, sự kiện này đã thách thức các nhóm đưa ra các giải pháp lượng tử mới cho các vấn đề do người dùng cuối đặt ra như BT, NHS và Rolls Royce.
Vào cuối sự kiện kéo dài hai ngày, một số nhóm đã chạy thuật toán của họ trên phần cứng lượng tử do các đối tác công nghệ IBM, Mạch lượng tử Oxford và AWS cung cấp. Những người khác, những người đã phát triển các giải pháp vượt quá khả năng của các bộ xử lý lượng tử hiện tại, đã thử nghiệm các giải pháp của họ trên các trình mô phỏng lượng tử, với sự hỗ trợ và tư vấn của các chuyên gia lập trình từ mỗi nhà cung cấp công nghệ. Frank Harkins của IBM cho biết: “Chúng tôi đã kiểm tra với các nhóm trong suốt sự kiện và trợ giúp về một số mã kỹ thuật hơn. “Một số người có tầm nhìn tốt về nơi cần đến và cách sử dụng mã, trong khi đối với một số người khác, chúng tôi đã trợ giúp một chút về lý thuyết và thuật toán.”
Người cố vấn từ mỗi tổ chức người dùng cuối cũng làm việc cùng với các nhóm để cung cấp kiến thức chuyên môn về miền, giải thích bối cảnh của vấn đề và hướng dẫn tin tặc tìm các giải pháp tiềm năng. Chẳng hạn, thách thức do Rolls Royce đặt ra là dự đoán tuổi thọ của động cơ phản lực dựa trên dữ liệu được ghi lại trong quá trình vận hành. Cố vấn Jarrett Smalley, một trong những chuyên gia về điện toán lượng tử của công ty nhận xét: “Trước hết, tôi định hình trường hợp sử dụng và từ đó tôi hướng dẫn họ học máy lượng tử như một cách tiếp cận khả thi. “Họ đã nghĩ ra một cách tiếp cận mới lạ kết hợp một số ý tưởng hiện có với nhau theo một cách mới và thật tuyệt khi chứng kiến nó phát triển từ con số không thành một mô hình hoạt động chỉ trong hai ngày.”
Một vấn đề khác, do NHS đặt ra, đã thách thức các tin tặc nghĩ ra chiến lược phân bổ bệnh nhân vào giường đồng thời tính đến các ràng buộc khác nhau. “Đó là một vấn đề cực kỳ phức tạp thường được giải quyết bởi những người thực tế có nhiều kiến thức về miền,” người cố vấn Dan Schofield, một nhà khoa học dữ liệu cấp cao trong Ban Giám đốc Chuyển đổi NHS giải thích. “Chúng tôi có lẽ còn vài bước nữa là có bất kỳ máy tính lượng tử nào trong NHS, nhưng thật thú vị khi tìm hiểu cách các phương pháp lượng tử có thể giải quyết các loại vấn đề mà chúng tôi đang xem xét.”
Cuộc thi hackathon là sự kiện thực hành đầu tiên do NQCC tổ chức nhằm tập hợp các nhà phát triển lượng tử, người dùng cuối và nhà cung cấp công nghệ để giải quyết các vấn đề trong thế giới thực. Vào tháng 2022 năm XNUMX nó ra mắt chương trình khám phá ứng dụng SparQ, nhằm mục đích cung cấp cho người dùng cuối cơ hội thử nghiệm các thuật toán lượng tử và phần cứng để giải quyết các trường hợp sử dụng có liên quan trong lĩnh vực của họ. Giám đốc NQCC Michael Cuthbert cho biết: “Tất cả là nhằm phát triển cộng đồng người dùng cho điện toán lượng tử. “Không gì bằng việc bạn tự chạy một đoạn mã và chạy nó trên một máy tính lượng tử thực sự để tương tác với công nghệ và hiểu được khả năng của nó.”
[Nhúng nội dung]
Cuthbert đã được khuyến khích bởi mức độ quan tâm và cam kết trong hackathon. Ông nói: “Chúng tôi đã đăng ký quá nhiều địa điểm và chúng tôi đã nhận được sự hỗ trợ tuyệt vời từ các đối tác trong ngành cũng như các nhà cung cấp công nghệ lượng tử. “Các nhóm tin tặc đã vô cùng gắn kết và nhiệt tình – một số đã nghiên cứu giải pháp của họ suốt đêm – và họ đã làm việc cùng nhau cực kỳ hiệu quả để đưa ra một số giải pháp ấn tượng trong một khoảng thời gian ngắn.”
Đối với các sinh viên và nhà nghiên cứu thành lập các nhóm, cuộc thi hackathon mang lại cái nhìn sâu sắc có giá trị về lợi thế mà các thuật toán lượng tử ngắn hạn có thể mang lại cho các ứng dụng công nghiệp. Maria Violaris, một nghiên cứu sinh tiến sĩ từ Đại học Oxford, đang nghiên cứu một bài toán truy đuổi và trốn tránh do công ty quốc phòng MBDA đặt ra. Nhóm của cô ấy đang cố gắng đào tạo một mạng lưới thần kinh lượng tử để đưa ra chiến lược tốt nhất cho kẻ săn đuổi (“quái vật”) để tiếp cận mục tiêu (“công chúa”) trong thời gian nhanh nhất có thể – một vấn đề không chỉ liên quan đến lĩnh vực quốc phòng, mà còn cho các ứng dụng khác như kiểm soát giao thông hoặc hệ thống an ninh trong viện bảo tàng và phòng trưng bày nghệ thuật.
Violaris nhận xét: “Thật tuyệt khi có hai ngày mà bạn hoàn toàn tập trung vào một dự án, lấy một trường hợp sử dụng và kết nối nó trở lại với các thuật toán lượng tử có thể được sử dụng để giải quyết vấn đề. “Chúng tôi đã đạt được nhiều tiến bộ trong khoảng thời gian ngắn và chúng tôi đã tạo ra một số kết quả đầy hứa hẹn khi thử nghiệm thuật toán trên cả trình mô phỏng lượng tử và trên bộ xử lý lượng tử thực. Đó là một cách tuyệt vời để tăng tốc học tập.”
Tiến bộ nhanh chóng như vậy một phần có thể thực hiện được nhờ cách tiếp cận có cấu trúc để lựa chọn nhóm. Chiara Decaroli của NQCC, người chịu trách nhiệm tổ chức sự kiện, giải thích rằng các tin tặc tiềm năng được yêu cầu chỉ rõ trình độ kỹ năng cũng như kinh nghiệm trước đây của họ với lập trình lượng tử như một phần của quy trình đăng ký. Cô ấy giải thích: “Chúng tôi đã tạo ra các nhóm gồm những người thuộc các lĩnh vực khác nhau và có nhiều bộ kỹ năng khác nhau, bao gồm cả những người tương đối mới bắt đầu trong lĩnh vực lượng tử, những người biết cách xây dựng các thuật toán hoặc mô hình. “Các nhóm đã nhanh chóng xác định ai trong số họ có chuyên môn để thực hiện từng nhiệm vụ cụ thể và điều đó có tác động rất lớn đến kết quả mà họ tạo ra trong một thời gian rất ngắn.”
Sinh viên thạc sĩ Eden Schirman từ Đại học Hoàng gia Luân Đôn chắc chắn cảm thấy lợi ích của phương pháp đó. Anh ấy được chỉ định vào một nhóm làm việc với THALES để phát triển một thuật toán lượng tử nhằm phát hiện sự bất thường trong dữ liệu sonar do tàu ngầm ghi lại, dữ liệu này có thể được tạo ra bởi tàu ngầm hoặc tên lửa của đối phương với một dấu hiệu không xác định. “Lúc đầu, tôi yêu cầu được xếp vào một đội với những người khác từ Imperial, nhưng đó là một quyết định thông minh khi trộn lẫn các đội,” anh nói. “Thật tuyệt khi được cộng tác với những người mới, lắng nghe những ý tưởng mới và làm việc trên một thuật toán lượng tử liên quan đến nghiên cứu của tôi nhưng không giống nhau. Nó đã mở ra cho tôi những hướng đi mới để phát triển các thuật toán lượng tử.”
Schirman cũng đánh giá cao ý kiến đóng góp của THALES và các chuyên gia kỹ thuật của IBM. “Người cố vấn trong ngành của chúng tôi đã nói với chúng tôi về trường hợp sử dụng và dữ liệu, cũng như các triển khai và thuật toán cổ điển thường được sử dụng, trong khi hai chuyên gia từ IBM đã giúp chúng tôi trong suốt sự kiện về triển khai và các ý tưởng mới cho thuật toán lượng tử. Việc tiếp cận với kiến thức đó và có được một quan điểm khác thực sự rất hữu ích.”
Khi kết thúc cuộc thi hackathon – chỉ 30 giờ sau khi cuộc thi bắt đầu vào ngày hôm trước – các nhóm đã trình bày giải pháp của mình cho tất cả những người tham gia khác, cũng như trước ban giám khảo bao gồm Cuthbert, Decaroli và các chuyên gia lượng tử từ cả ngành công nghiệp và học viện. Decaroli nói: “Tất cả các bài thuyết trình đều tuyệt vời. “Tiêu chí đối với các giám khảo của chúng tôi là xem xét tính sáng tạo của giải pháp, liệu nhóm đã điều tra khả năng mở rộng phương pháp tiếp cận của họ đối với các máy lượng tử mạnh hơn hay chưa và họ trình bày kết quả cũng như trả lời bất kỳ câu hỏi nào tốt như thế nào.”
Đội chiến thắng, tự đặt tên là Quassian, đã làm việc với MDBA về phương pháp học máy lượng tử để tăng tốc độ mô phỏng phức tạp trong kỹ thuật hàng không vũ trụ. Nhóm Rolls Royce do Smalley cố vấn đứng thứ hai, trong khi thứ ba thuộc về nhóm do BT tài trợ đang thử nghiệm các phương pháp cổ điển và lượng tử khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất của mảng ăng-ten 2D. Cuthbert nhận xét: “Tất cả các bài thuyết trình đã thể hiện khối lượng công việc khổng lồ, sự cam kết và nhiệt tình trong vài ngày qua,” Cuthbert nhận xét trước khi trao giải thưởng cho các đội chiến thắng. “Bạn đã có những người bạn và những mối quan hệ sẽ ở bên bạn trong suốt phần còn lại của sự nghiệp và tôi hy vọng đó chỉ là bước khởi đầu cho sự gắn bó của bạn với điện toán lượng tử và NQCC.”
Sự thành công của sự kiện mở đường cho các cuộc thi hackathon trong tương lai, rất có thể sẽ tập trung vào các lĩnh vực công nghiệp cụ thể để khuyến khích nhiều chuyên gia mới vào nghề tham gia hơn. Nó cũng cung cấp cho nhóm NQCC một bàn đạp hữu ích để họ tiếp tục tương tác với hệ sinh thái lượng tử đang phát triển của Vương quốc Anh. Decaroli cho biết: “Cuộc thi hackathon gói gọn tất cả các yếu tố chính của SparQ, nhưng ở quy mô nhỏ hơn. “Chúng tôi có thể mở rộng mẫu hackathon này sang các dự án dài hạn hơn, nơi các nhà phát triển lượng tử, người dùng cuối và nhà cung cấp công nghệ có thể làm việc cùng nhau để phát triển các giải pháp phức tạp hơn và thử nghiệm chúng trên nhiều nền tảng phần cứng.”
