开启量子未来

量子计算是更快、更强大的计算技术的下一个前沿领域。它有可能更好地优化运输和交付路线，加快电动汽车的电池开发，并更准确地预测金融市场的趋势。但要开启量子的未来，科学家和工程师需要解决突出的技术挑战，同时继续探索新的应用。

他们为这个未来而努力的一个地方是麻省理工学院跨学科量子黑客马拉松，简称iQuHACK（发音为“i-quack”，像鸭子一样）。每年，一个quhackers（量子黑客）社区聚集在iQuHACK，使用真实的量子计算机和模拟器进行量子计算项目。今年，黑客马拉松在麻省理工学院进行了为期三天的面对面和在线举行。

Quhackers在团队中工作，以提高量子计算机的能力并研究有前途的应用。他们共同处理了广泛的项目，例如运行量子驱动的约会服务，构建器官捐献者匹配应用程序，以及闯入量子金库。在工作时，quhackers可以咨询来自赞助公司的科学家和工程师。许多赞助商还收到了来自 quhackers 的反馈和想法，以帮助改进他们的量子平台。

但组织 iQuHACK 2024 并非易事。 联合主席 Alessandro Buzzi 和 Daniela Zaidenberg 领导了一个由九名成员组成的委员会，举办了迄今为止规模最大的 iQuHACK。“没有他们，这是不可能的，”Buzzi说。黑客马拉松接待了 260 名面对面的 quhacker 和 1,000 名远程 quhacker，总共代表了 77 个国家。来自赞助公司的20多位科学家和工程师也亲自出席了会议，担任了quhackers的导师。

每个 quhackers 团队都应对了黑客马拉松的八家主要赞助公司提出的 10 个挑战之一。一些挑战要求量子黑客提高计算性能，例如通过使量子算法更快、更准确。其他挑战要求 quhackers 探索将量子计算应用于其他领域，例如金融和机器学习。赞助商与 iQuHACK 委员会合作，精心设计具有行业相关性和社会影响的创意挑战。“我们希望人们能够应对一个有趣的挑战，该挑战在现实世界中具有应用，”Zaidenberg说。

一个 quhackers 团队寻找潜在的量子应用，并找到了一个离家很近的应用：约会。团队成员利亚姆·克朗曼（Liam Kronman）之前曾开发过约会应用程序，但不喜欢普通经典计算机的匹配算法“需要（过于）严格的设置”。使用这些经典算法，人们必须分为两组（例如，男性和女性），并且只能在这些组之间进行匹配。但是有了量子计算机，匹配算法更加灵活，可以考虑所有可能的组合，从而能够包含多种性别和性别偏好。

Kronman和他的团队成员利用这些量子算法建立了一个名为MITqute（发音为“meet cute”）的量子约会平台。迄今为止，该平台已经匹配了至少 240 名来自 iQuHACK 和麻省理工学院本科生社区的人。在一项后续调查中，41 名受访者中有 13 人表示曾与他们的对手交谈过，至少有两对人安排了约会。“我真的很幸运，”一位受访者写道。

另一个quhackers团队也基于量子匹配算法，而是利用算法的强大功能进行医疗护理。该团队构建了一个移动应用程序，将器官捐献者与患者相匹配，为他们赢得了黑客马拉松的最高社会影响力奖。

但他们几乎没有完成他们的项目。“有一次，我们考虑放弃整个算法，因为我们认为我们无法实现该算法，”开发人员之一 Alma Alex 说。然而，在与他们的黑客马拉松导师交谈后，该团队了解到另一个小组正在从事类似类型的项目——顺便说一句，麻省理工学院团队。知道其他人正在解决同样的问题，这激励了他们坚持下去。

社区意识也有助于激励其他 quhackers。对于其中一项挑战，quhackers 的任务是入侵 13 个虚拟量子保险库。团队可以在排行榜上实时查看彼此在每个金库上的进度，这些知识为他们的策略提供了信息。当第一个金库被一个团队成功入侵时，许多其他团队的进度在该金库上激增，而在其他金库上则放慢了速度，IonQ 的量子应用科学家、挑战赛的两位架构师之一 Daiwei Zhu 说。

金库挑战可能看起来只是一系列有趣的谜题，但这些解决方案可以在量子计算机中使用，以提高其效率和准确性。为了入侵一个金库，量子黑客必须首先使用最多20次探测测试来找出它的密钥——一个未知的量子态。然后，他们必须将密钥的状态更改为目标状态。这些类型的量子态表征和修改是量子计算机工作的“基础”，IonQ的量子应用工程师Jason Iaconis说，他是该挑战的另一位架构师。

但表征和修改状态的最佳方法尚不清楚。“有些[金库]我们甚至不知道如何解决自己，”朱说。在黑客马拉松结束时，六个金库至少有一个团队大部分被黑客入侵。（在存在灰色地带的量子世界中，有可能部分入侵保险库。

在 iQuHACK 上形成的科学家和工程师社区在周末之后仍然存在，许多成员继续在黑客马拉松之外发展社区。受到启发的 quhackers 继续在他们的大学里创办了自己的量子计算俱乐部。几年前，一群来自不同大学的本科生 quhackers 组成了一个量子联盟，现在举办他们自己的量子黑客马拉松。“看到黑客马拉松本身是如何传播的，以及有多少人开始了自己的倡议，这真是太疯狂了，”联合主席Zaidenberg说。

为期三天的黑客马拉松以麻省理工学院教授威尔·奥利弗（Will Oliver）的主题演讲拉开帷幕，其中包括对基本量子计算概念、当前挑战和计算技术的概述。随后是行业讲座和由六位行业和学术量子专家组成的小组，其中包括麻省理工学院教授彼得·肖尔（Peter Shor），他以开发最著名的量子算法之一而闻名。小组成员讨论了当前的挑战、未来的应用、协作的重要性以及充分测试的必要性。

后来，赞助商举办了技术研讨会，让 quhackers 可以了解在特定量子平台上编程的细节。第一天结束时，研究科学家尹兴辉（Xinghui Yin）就量子技术在LIGO的作用进行了演讲，LIGO是激光干涉引力波天文台，首次探测到引力波。第二天，黑客马拉松的挑战在上午10点宣布，黑客攻击在麻省理工学院创新总部拉开帷幕。下午，与会者还可以参观麻省理工学院的量子计算实验室。

黑客攻击在麻省理工学院博物馆持续了一夜，并在最后一天上午10点在麻省理工学院iHQ结束。然后，Quhackers向评委小组展示了他们的项目。之后，行业演讲者就他们公司的最新量子技术和未来方向进行了闪电般的演讲。黑客马拉松在闭幕式上结束，赞助商宣布了 10 项挑战中每个挑战的奖项。

麻省理工学院的常驻艺术家阿尔伯特·菲格特（Albert Figurt）在一段由三部分组成的视频中捕捉到了黑客马拉松。Figurt 在黑客马拉松的同时拍摄和编辑了这些镜头。每个部分代表黑客马拉松的一天，并在第二天发布。

整个周末，黑客和赞助商一致称赞黑客马拉松的执行力和氛围。“太棒了……从来没有感觉这么好过，这是我参加的 30 多场黑客马拉松中最好的黑客马拉松之一，“Quhacker Abdullah Kazi 在 iQuHACK Slack 上写道。

最终，“[我们想]帮助人们相互认识，”联合主席Buzzi说。“[iQuHACK]的影响在某种程度上是科学的，但在最重要的层面上是非常人性化的。