Hackathon lượng tử tạo những kết nối mới

Hackathon lượng tử là một sự kiện nổi trội theo một phiên bản khác nhằm kết nối các chuyên gia công nghệ thông tin, các nhà nghiên cứu bảo mật cũng như các sinh viên và những người đam mê công nghệ.

Năm 2025 đã được Liên Hợp Quốc chính thức chọn là Năm quốc tế về KHCN) lượng tử. KHCN lượng tử đã có ảnh hưởng to lớn trên toàn thế giới và bước đầu đã đi vào cuộc sống thường nhật của con người. Từ nhiều năm nay, để quảng bá cho lĩnh vực KHCN đặc biệt này, nhiều hoạt động dưới nhiều hình thức khác nhau như lớp học, hội thảo, hội nghị, … đã được triển khai tại các viện nghiên cứu, các trường học của các quốc gia trên phạm vi toàn cầu. Nếu như trong các hoạt động kể trên mục đích chính là tuyên truyền và trao đổi học thuật thì Hackathon lượng tử là một sự kiện nổi trội theo một phiên bản khác nhằm kết nối các chuyên gia công nghệ thông tin, các nhà nghiên cứu bảo mật cũng như các sinh viên và những người đam mê công nghệ. Tại Hackathon lượng tử mọi người có cơ hội tập trung vào việc sáng tạo và phát triển các ứng dụng cụ thể cũng như cùng nhau đưa ra các giải pháp hoặc dự án liên quan đến lĩnh vực thông tin lượng tử và tính toán lượng tử. 

Hackathon lượng tử diễn ra trong một hoặc vài ngày, tại đó sẽ có nhiều đội tham gia thi đấu với nhau trong các ứng dụng cụ thể liên quan đến việc vận dụng sự ưu việt của thông tin lượng tử và tính toán lượng tử để giải quyết các vấn đề phức tạp trong nhiều lĩnh vực khác nhau như lập trình lượng tử, mã hóa lượng tử, truyền thông lượng tử, các giao thức toàn cầu lượng tử để thực hiện các ứng dụng hoặc giải pháp sáng tạo mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm cả tài chính, y học, vật lý, hóa học, sinh học, … Hơn nữa, Hackathon lượng tử còn là cơ hội tuyệt vời để thử nghiệm ý tưởng và kỹ năng của các đội, qua đó có thể học hỏi lẫn nhau và mở rộng mạng lưới cộng tác trong cộng đồng lượng tử quốc tế đang phát triển rất nhanh. Đây cũng là một cách rất hiệu quả trong việc thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng của KHCN lượng tử trong đời sống thực tế của con người.

Hackathon lượng tử là cơ hội tuyệt vời để thử nghiệm ý tưởng và k¬ năng của các đội, qua đó có thể học hỏi lẫn nhau và mở rộng mạng lưới cộng tác trong cộng đồng lượng tử quốc tế đang phát triển rất nhanh. Đây cũng là một cách rất hiệu quả trong việc thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng của KHCN lượng tử trong đời sống thực tế của con người.

Với nhiều người tham gia hơn và nhiều kịch bản ứng dụng cụ thể hơn trên nhiều lĩnh vực công nghiệp đa dạng, Hackathon lượng tử 2024 ở Vương quốc Anh đã đặt ra các tiêu chuẩn mới cho việc tham gia và cộng tác.

Người ta nói rằng thành công lại tạo tiếp thành công và điều đó chắc chắn đúng với Hackathon lượng tử – một sự kiện thường niên do Trung tâm Máy tính Lượng tử Quốc gia (National Quantum Computing Centre, NQCC) thuộc Vương quốc Anh tổ chức vào tháng bảy tại Đại học Warwick từ 2022. Trong lần tổ chức thứ ba, Hackathon 2024 đã thu hút thêm 50% người tham gia từ khắp nơi, những người đã giải quyết 13 trường hợp ứng dụng cụ thể do các cố vấn trong ngành từ khu vực công và tư đặt ra. So với sự kiện năm ngoái, người tham gia được tiếp cận nhiều nền tảng công nghệ hơn, bao gồm hệ thống điều khiển phần mềm cũng như máy ủ lượng tử (quantum annealer) và bộ xử lý vật lý, đồng thời còn có thêm một ngày để hoàn thiện và trình bày các giải pháp của mình.

Sự đa dạng của các vấn đề liên quan và sự khéo léo của các giải pháp hỗ trợ lượng tử đã được thể hiện rõ nét trong các bài thuyết trình vào ngày cuối cùng của sự kiện. Một cuộc cạnh tranh mở đã được tổ chức để các đối tác, kể cả từ các khu vực công lẫn khu vực tư nhân, đưa ra các vấn đề ứng dụng cụ thể của họ, bao gồm sản xuất ô tô, chăm sóc sức khỏe và cung cấp năng lượng. Trong khi một số đối tác cũ như BT (BT Group, một tập đoàn viễn thông lớn có trụ sở tại Vương quốc Anh) và Rolls Royce (nhà sản xuất xe hơi sang trọng và đẳng cấp của Vương quốc Anh) vẫn tiếp tục tham gia, thì năm nay đã có thêm các đối tác mới bao gồm công ty hóa chất Johnson Matthey, Aioi R&D Lab (liên doanh giữa Mind Foundry, công ty con của Đại học Oxford và thương hiệu bảo hiểm toàn cầu Aioi Nissay Dowa) và Cảnh sát miền Bắc của xứ Wales.

Alastair Hughes, trưởng phòng phân tích và AI tại bộ phận cảnh sát miền Bắc xứ Wales cho biết: “Chúng tôi đang gặp một số vấn đề nằm ngoài phạm vi của trí tuệ nhân tạo tiêu chuẩn (standard artificial intelligence) hoặc mạng lưới thần kinh (neural networks) và chúng tôi muốn xem liệu cách tiếp cận lượng tử có thể đưa ra giải pháp hay không. Kết quả mà chúng tôi đạt được chỉ trong vòng hai ngày đã chứng minh tính khả thi của cách tiếp cận lượng tử và giờ đây chúng tôi sẽ tìm cách phát triển hơn nữa mô hình này bằng cách tính đến một số điều kiện bổ sung.” Trường hợp ứng dụng cụ thể do Hughes đặt ra là tối ưu hóa việc phân bổ các phương tiện ứng cứu như xe cứu thương, xe cảnh sát hoặc xe cứu hỏa trên khắp miền Bắc xứ Wales, là khu vực có các khu đô thị nhỏ và các sự cố có xu hướng tập trung và các vùng nông thôn rộng lớn nơi có tỷ lệ tội phạm thấp. Hughes giải thích: “Thách thức của chúng tôi là giảm thiểu thời gian ứng cứu mà vẫn bảo vệ được một số cộng đồng của chúng tôi. Hiện tại, chúng tôi đang sử dụng một quy trình thống kê đòi hỏi một số can thiệp thủ công để tinh chỉnh cấu hình. Quá trình này cho toàn khu vực có thể mất một vài tháng để hoàn thành. Thông qua Hackathon lượng tử, chúng tôi thấy rằng mạng lưới thần kinh lượng tử có thể mang lại một giải pháp khả thi.”

Hackathon lượng tử đã mang đến cho chúng tôi một cách mới để thâm nhập vào trạng thái công nghệ hiện tại và phân tích được những gì có thể làm được với các bộ xử lý lượng tử hiện nay”. (Alastair Hughes)

Mặc dù Hughes chưa có kinh nghiệm sử dụng các bộ xử lý lượng tử trước đây nhưng một số cố vấn khác trong ngành công nghiệp đã đang nghiên cứu những lợi ích tiềm tàng của tính toán lượng tử đối với doanh nghiệp của họ. Ví dụ, tại Rolls Royce, nhà khoa học lượng tử Jarred Smalley đang hợp tác với các đồng nghiệp để nghiên cứu các phương pháp tiếp cận mới nhằm mô phỏng các quá trình vật lý phức tạp, chẳng hạn như các quá trình bên trong động cơ phản lực. Smalley, người đã làm cố vấn cho một nhóm ở cả ba sự kiện Hackathon lượng tử liên tiếp, đã đặt ra các trường hợp ứng dụng cụ thể mà ông tin rằng có thể tháo được nút thắt chính trong quá trình mô phỏng. Hughes nói: “Một số vấn đề vô cùng nan giải của chúng tôi gần như không thể giải quyết được bởi các siêu máy tính hiện thời và từ đó chúng tôi rút ra được một bộ quy trình cụ thể trong đó thuật giải lượng tử có thể tạo ra tác động thực sự. Tại Rolls Royce, nghiên cứu của chúng tôi có xu hướng tập trung vào những gì chúng tôi có thể làm trong tương lai với một máy tính lượng tử có khả năng sửa lỗi và Hackathon lượng tử đã mang đến cho chúng tôi một cách mới để thâm nhập vào trạng thái công nghệ hiện tại và phân tích được những gì có thể làm được với các bộ xử lý lượng tử hiện nay.” 

Theo Smalley, kể từ sự kiện Hackathon lượng tử đầu tiên vào năm 2022, nay đã có sự cải thiện về quy mô và khả năng của nền tảng phần cứng. Nhưng có lẽ tiến bộ lớn nhất nằm ở việc khai thác các phần mềm và các thuật giải đã có để giúp các chuyên gia công nghệ thông tin và các nhà nghiên cứu bảo mật viết, kiểm tra và gỡ lỗi trong các mã lượng tử của chúng. Xu hướng đó được phản ánh trong sự kiện năm nay là sự tham gia của các nhà cung cấp công nghệ dựa trên phần mềm, chẳng hạn như phần mềm quản lý và kiểm soát lỗi cho hệ thống máy tính lượng tử Q-CTRL’s Fire Opal của Công ty Công nghệ lượng tử Q-CTRL và phần mềm Classiq dựa trên công nghệ lượng tử để hỗ trợ việc thiết kế và tối ưu hóa thuật toán lượng tử một cách hiệu quả của Công ty Công nghệ lượng tử Classiq có trụ sở tại Israel. Smalley nói thêm: “Có nhiều tài nguyên phần mềm hơn để các chuyên gia công nghệ thông tin và các nhà nghiên cứu bảo mật khai thác sâu hơn, thậm chí có cả các thuật toán có thể tự phân tích vấn đề”.  

Cathy White, Giám đốc nghiên cứu tại BT Group, người cũng đã làm cố vấn cho một nhóm ở cả ba sự kiện Hackathon lượng tử, đồng ý rằng sự đổi mới nhanh chóng về phần cứng và phần mềm hiện đang giúp các chuyên gia công nghệ thông tin và các nhà nghiên cứu bảo mật trong việc xử lý các vấn đề trong thế giới thực – mà cụ thể là tìm ra giải pháp tối ưu để định vị các cảm biến phát hiện lỗi trong các mạng quang học. White giải thích: “Tôi muốn đặt ra một bài toán mà, một cách thành thật mà nói, các thuật toán cổ điển không phải lúc nào cũng cho một kết quả gần đúng tốt. Chúng tôi đã thấy một số kết quả đầy hứa hẹn trong thời gian cho phép và tôi cảm thấy rất khả quan rằng máy tính lượng tử đang trở nên hữu ích”.  

Cả White và Smalley đều nhận thấy lợi ích đáng kể từ việc mở rộng quy mô của Hackathon lượng tử của năm 2024. Việc mở rộng hoạt động đã giúp các chuyên gia công nghệ thông tin và các nhà nghiên cứu bảo mật có thêm một ngày để khám phá vấn đề và xem xét các giải pháp khả dĩ khác nhau. Một loạt các nhà cung cấp công nghệ tham gia sự kiện này cũng cho phép các nhóm thử nghiệm giải pháp của họ trên các nền tảng khác nhau và điều chỉnh cách tiếp cận của họ nếu gặp phải sự cố. White nhận xét: “Với thời gian một ngày được thêm do sự mở rộng của Hackathon 2024, nhóm của tôi đã có thể sử dụng máy ủ lượng tử của D-Wave (một công ty công nghệ lượng tử có trụ sở tại Canada nổi tiếng với việc phát triển và cung cấp máy tính lượng tử, cũng như phương pháp tiếp cận mô hình cổng (gate-model approach) và thật ấn tượng khi thấy sự đa dạng của các thuật giải và các phương pháp tiếp cận mà các sinh viên có thể nghĩ ra. Họ cũng có nhiều phạm vi hơn để khám phá các khía cạnh khác nhau của vấn đề và củng cố kết quả của mình trước khi quyết định những gì họ muốn trình bày.”

Sự đổi mới nhanh chóng về phần cứng và phần mềm hiện đang giúp các chuyên gia công nghệ thông tin và các nhà nghiên cứu bảo mật trong việc xử lý các vấn đề trong thế giới thực.

Một kết quả rõ ràng từ việc mở rộng hoạt động của Hackathon lượng tử của năm 2024 là tạo ra nhiều cơ hội hơn để đánh giá các giải pháp lượng tử so với các giải pháp cổ điển tương ứng. White cho biết thêm: “Các sinh viên sẽ không khẳng định lợi thế lượng tử nếu không có bằng chứng xác đáng. Mỗi năm chúng tôi đều thấy những tiến bộ đáng chú ý trong công nghệ, nhưng chúng có thể giúp chúng tôi biết được những thách thức nào còn tồn tại và cần phải vượt qua trong tương lai”.

Theo Stasja Stanisic từ Phasecraft, một trong bốn ban giám khảo kỳ cựu, cách tiếp cận mạnh mẽ để đánh giá chuẩn mực là một trong những yếu tố nổi bật giúp đội chiến thắng. Được cố vấn bởi Phòng thí nghiệm R&D Aioi (một phần của Tập đoàn Bảo hiểm Aioi Nissay Dowa Insurance có trụ sở tại Nhật Bản), nhóm của Stanisic đã nghiên cứu một vấn đề tổng hợp rủi ro (risk aggregation problem), liên quan đến việc lập mô hình mối quan hệ năng động giữa các dữ liệu như tổn thất bảo hiểm, dữ liệu thị trường chứng khoán và sự xuất hiện của thiên tai. Stanisic giải thích: “Đội chiến thắng đã dành đủ thời gian để thực sự hiểu vấn đề, điều cho phép đội điều chỉnh thuật toán sao cho phù hợp với kịch bản trong ứng dụng cụ thể của mình. Họ cũng có cách tiếp cận toàn diện và có cấu trúc để so sánh kết quả của họ với các giải pháp khả thi khác. Việc so sánh như vậy là quan trọng cần phải thực hiện.” 

Các đội được đánh giá dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm tính sáng tạo của giải pháp, sự thành công trong việc giải quyết trường hợp ứng dụng cụ thể cũng như khả năng mở rộng và tính khả thi. Tác động xã hội và những chuẩn mực về mặt đạo đức của giải pháp cũng được đánh giá. Ví dụ: bằng cách sử dụng các nguyên tắc đối với tính toán lượng tử có đạo đức đã được phát triển và thử nghiệm tại Trung tâm Máy tính lượng tử Quốc gia của Anh quốc, các nhóm đã xem xét tác động tiềm tàng của sự đổi mới của họ đối với các bên liên quan khác nhau và khả năng giải thích của giải pháp của họ. Họ cũng đề xuất những khuyến nghị thiết thực để tối đa hóa lợi ích xã hội. Mặc dù nhiều phát hiện của họ dành riêng cho các trường hợp ứng dụng cụ thể, nhưng một chủ đề chung là nhu cầu về các quy trình phát triển mở và minh bạch để xây dựng niềm tin trong cộng đồng rộng lớn hơn.

Stanisic cho biết: “Tính toán lượng tử là một công nghệ mới nổi và chúng tôi có cơ hội ngay từ đầu để tạo ra một môi trường nơi các cân nhắc về đạo đức được thảo luận và tôn trọng. Một số nhóm đã thể hiện một số suy nghĩ thực sự sâu sắc, là điều thật thú vị, trong khi các trường hợp ứng dụng đa dạng từ cả khu vực công và tư cho phép họ khám phá những cân nhắc về đạo đức từ những góc nhìn khác nhau.”

Một điều quan trọng nữa đối với người tham gia Hackathon lượng tử là cơ hội được liên kết và học hỏi từ các đồng nghiệp của họ. Smalley cho biết: “Hackathon lượng tử là nơi chúng tôi có thể xây dựng và duy trì các mối quan hệ, dù là với các chuyên gia công nghệ thông tin và các nhà nghiên cứu bảo mật riêng lẻ hay với các đối tác công nghệ lớn”. Còn theo Hughes, khả năng tương tác với các nhà nghiên cứu lượng tử đã là yếu tố thay đổi cuộc chơi. Hughes nói: “Ở trong một căn phòng có rất nhiều người thông minh, những người luôn tỏa sáng lẫn nhau đã giúp tôi mở mang tầm mắt về sức mạnh của mạng lưới thần kinh lượng tử. Đó thật sự là một hiện tượng và tôi rất vui mừng muốn biết chúng tôi có thể tiếp tục thực hiện điều này như thế nào tại phòng cảnh sát miền Bắc xứ Wales, nơi chúng tôi đang làm việc.” 

Hackathon lượng tử của năm 2025 đã bắt đầu nhận đơn xin tham gia. Để tham gia – dù với tư cách là một chuyên gia công nghệ thông tin hay một nhà nghiên cứu bảo mật hay một cố vấn trong ngành hay nhà cung cấp công nghệ – vui lòng gửi email cho ban tổ chức theo địa chỉ nqcchackathon@stfc.ac.uk.□

Nguyễn Bá Ân dịch.

Nguồn:https://physicsworld.com/a/quantum-hackathon-makes-new-connections/