Пришел, увидел… посчитал. На квантовом компьютере.

В минувшую пятницу десятки студентов устремились в Москву, чтобы принять участие в первом в России квантовом хакатоне, соорганизаторами которого выступили Сколтех и Центр квантовых технологий Московского государственного университета.

«Я считаю, что хакатон будет способствовать укреплению позиций Сколтеха как координационного центра по созданию программного обеспечения для квантовых вычислений», ‒ заявил в интервью на полях форума руководитель недавно созданной в Институте лаборатории Deep Quantum Labs профессор Сколтеха Джейкоб Биамонте.

Организаторами хакатона выступили научные сотрудники, аспиранты и студенты магистратуры Сколтеха и МГУ. Готовя это мероприятие, они преследовали три основные цели:

• обучить участников хакатона основам квантовых вычислений, предложив им решить несколько практических задач на программном уровне;
• положить начало созданию в Москве единого сообщества людей, интересующихся проблемами квантовой физики, глубокого обучения и связанными с ними вопросами;
• способствовать распространению информации о проводимых в Сколтехе и МГУ прорывных научных исследованиях и экспериментах в области квантовых вычислений.

Говоря о первой цели хакатона, старший научный сотрудник кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ Станислав Страупе отметил: «Одной из основных целей хакатона является создание новой формы обучения ‒ learning-by-doing (обучение на собственном опыте). Мы не читаем лекций, мы просто бросаем людей в мир квантовой механики как в воду и смотрим, научатся ли они плавать или нет, и смогут ли они создать новый, умный алгоритм. Мы очень надеемся, что им удастся придумать нечто такое, о чем мы пока и не догадываемся».

На хакатон съехались студенты, проходящие обучение по программам бакалавриата и магистратуры и специализирующиеся на таких дисциплинах, как физика, информатика, математика и инженерные науки.

Биамонте остался доволен и общим количеством, и составом участников хакатона. «Собравшиеся здесь студенты представляют самые разные дисциплины, что говорит о растущей востребованности квантовых вычислений для различных областей знаний», ‒ отметил он.

После краткого вступительного слова организаторов мероприятия участники хакатона разбились на команды, в состав которых вошли специалисты из разных дисциплин, которым предстояло решить две задачи.

Первую задачу о квантовом черном ящике сформулировал Станислав Страупе.

«Представьте, что перед вами квантовый черный ящик. Квантовый алгоритм представляет собой последовательность определенных операций, или квантовых логических вентилей. Для отладки алгоритма необходимо установить, выполняют ли вентили поставленную перед ними задачу. У участников хакатона есть доступ к неизвестному квантовому вентилю, на входе которого можно задать квантовое состояние, а на выходе измерить результат. Вы можете выбирать любые исходные состояния и любые способы измерений. Ваша задача ‒ на основе ограниченного числа опытов понять, какое преобразование выполняет вентиль. Победит та команда, которая получит наилучшее приближение. Результат на выходе носит вероятностный характер, поэтому решение задачи неочевидно, и сначала необходимо поработать со статистическими данными, а затем на основе полученного вероятностного распределения установить, какую задачу решает вентиль», ‒ объяснил он.

Во второй задаче, которую сформулировал научный сотрудник Сколтеха Тимур Тлячев, рассматривается непростой для понимания квантовый приближенный алгоритм оптимизации (QAOA).

«Наша задача ‒ исследовать возможность применения квантовых вычислений для решения задач оптимизации и, в частности, задачи выполнимости булевых формул при помощи квантового компьютера. У нас есть так называемый QAOA. Это своего рода вариационный алгоритм для решения задач оптимизации при помощи квантовых компьютеров. Так как квантового компьютера у нас пока нет, нам необходимо на обычном компьютере смоделировать QAOA для трех задач выполнимости булевых формул», ‒ сказал он.

Студенты провели не один час, работая над решением поставленных задач в условиях жесткой конкуренции.

«Конкуренция действительно была серьезной. В составе почти всех 14 команд были студенты, желающие пройти обучение по нашей новой магистерской программе в области квантовых вычислений. Некоторые из них недавно прошли курс обучения по квантовым вычислениям в Сколтехе. Команда-победитель добилась выдающихся результатов. Ее участникам было очень нелегко, поскольку к ним почти вплотную приблизились еще три сильные команды, но в этой острой борьбе победители смогли продемонстрировать результат, очень близкий к теоретически описанному и опубликованному в литературе идеальному результату», ‒ сказал Биамонте.

В числе организаторов хакатона ‒ сотрудники Deep Quantum Labs Полина Белозерова, Александр Березуцкий и Тимур Тлячев, а также сотрудники Центра квантовых технологий МГУ Иван Дьяконов, Константин Кравцов, Михаил Сайгин, Станислав Страупе и Глеб Стручалин.