Studenci Wydziału Cybernetyki z wizytą w Finlandii. Praktyczna korekcja błędów podczas Junction Quantum Hack

W dniach 5–7 czerwca zespół studentów Wydziału Cybernetyki wziął udział w międzynarodowym hackathonie Junction Quantum Hack, który odbył się w Aalto University w fińskim Espoo. Nasz wydział reprezentowali Natalia Tymińska, Marcin Poloczek, Adrian Panasiewicz oraz Michał Skrobucha. Podczas wyzwania organizowanego we współpracy z firmą IQM, młodzi programiści zajęli się jednym z kluczowych problemów współczesnej informatyki kwantowej – korekcją błędów (QEC) na rzeczywistym sprzęcie.

Praca nad korekcją błędów na rzeczywistym komputerze kwantowym

Poza samą rywalizacją konkursową wyjazd był dla studentów okazją do zapoznania się z fińską infrastrukturą badawczą. W ramach wydarzenia odwiedzili centrum technologiczne VTT Technical Research Centre (Kvanttinova), gdzie realizowano program przybliżający tamtejszy ekosystem innowacji.

„Podczas wyzwania Junction Hackathon, zorganizowanego na Aalto University w Espoo (Finlandia) we współpracy z firmą IQM, zmierzyliśmy się z problemem korekcji błędów kwantowych (QEC) na rzeczywistym sprzęcie. Wyjazd był dla nas również okazją do zapoznania się z najnowszymi technologiami na miejscu – odwiedziliśmy centrum badawcze VTT Technical Research Centre (Kvanttinova) oraz zobaczyliśmy z bliska komputer kwantowy Q50 oraz jego jądro (niestety nie mogliśmy zrobić jego zdjęcia).” 

– relacjonują uczestnicy wyjazdu.

Bezpośredni kontakt z fizyczną architekturą komputera kwantowego stanowił cenne uzupełnienie wiedzy zdobytej w trakcie studiów, zwłaszcza w kontekście zadań, z którymi zespół musiał zmierzyć się podczas samego hackathonu. Jak tłumaczą studenci:

"Jednym z trzech zadań konkursowych było stworzenie środowiska uruchomieniowego dla kodów powierzchniowych na nadprzewodzącym procesorze kwantowym. Opracowaliśmy kompletny potok, którego kluczowym elementem jest świadomy szumu algorytm mapujący rotowane kody powierzchniowe na kwadratową topologię procesora IQM Emerald"

Studenci podeszli do tematu od strony optymalizacji niskopoziomowej, uwzględniającej realne parametry fizyczne układu.

"Opracowaliśmy kompletny potok, którego kluczowym elementem jest świadomy szumu algorytm mapujący rotowane kody powierzchniowe na kwadratową topologię procesora IQM Emerald” 

– wyjaśniają.

Od symulacji do procesora IQM Emerald – skuteczna korekcja błędów w praktyce

Tradycyjne podejście do mapowania algorytmów na architekturę sprzętową często generuje dużą liczbę dodatkowych operacji. Zespołowi z Wydziału Cybernetyki udało się jednak rozwiązać ten problem w sposób dynamiczny:

„Dzięki wykorzystaniu aktualnych danych sprzętowych (czasy koherencji T₁, T₂ oraz wierności bramek), nasz algorytm dynamicznie dostosowuje rozmieszczenie kodów. Głównym technicznym osiągnięciem naszego rozwiązania jest całkowite wyeliminowanie operacji SWAP (udało się to osiągnąć dla kalibracji komputera kwantowego z dnia 7-06-2026), co bezpośrednio zmniejsza głębokość obwodu i ogranicza narastanie błędów fizycznych”.

Zaprojektowany przez naszych studentów łańcuch przetwarzania obejmował:

„Przygotowanie obwodów: Opracowanie własnego algorytmu generowania obróconych kodów powierzchniowych (Rotated Surface Codes) oraz dopasowywania ich do topologii komputera kwantowego, połączone z generowaniem obwodów (za pomocą narzędzia Stim oraz biblioteki Qiskit) dla różnych odległości kodu i liczby rund stabilizatorów.
Uruchomienie: Uruchamianie obwodów na procesorze IQM Emerald przez platformę IQM Resonance.
Ekstrakcję syndromów: Przetwarzanie surowych wyników pomiarów na zdarzenia detekcyjne.
Dekodowanie: Zastosowanie algorytmu MWPM (Minimum-Weight Perfect Matching) do identyfikacji błędów logicznych i obliczania współczynnika LER (Logical Error Rate) z uwzględnieniem niepewności statystycznej.”

Przed uruchomieniem kodu na fizycznym układzie, studenci zweryfikowali swoje rozwiązanie w środowisku symulacyjnym przy użyciu niestandardowych modeli szumu. Testy na rzeczywistym procesorze potwierdziły, że eliminacja operacji SWAP oraz skalowalność systemu (obsługa kodów o odległości od 3 do 5) pozwalają na skuteczną korekcję błędów w realnych warunkach sprzętowych.

Pierwsi absolwenci specjalności informatyka kwantowa 

Udział w hackathonie w Finlandii zbiegł się w czasie z ważnym momentem dla struktury dydaktycznej Wydziału Cybernetyki. W czerwcu mury uczelni opuścili pierwsi absolwenci specjalności informatyka kwantowa. Sześcioro naszych studentów obroniło się na oceny bardzo dobre, z czego trzech z wyróżnieniem! Zakres podjętych tematów badawczych pokazuje szerokie spektrum zagadnień realizowanych na wydziale:
•    Natalia Tymińska przeanalizowała zagadnienie „Architektoniczna złożoność obliczeń kwantowych: analiza złożoności po transpilacji dla wybranej platformy sprzętowej”.
•    Michał Skrobucha opisał „Strategie sukcesu w algorytmach kwantowych”.
•    Adrian Panasiewicz przeprowadził „Porównanie skuteczności wybranych metod klasycznego i kwantowego uczenia maszynowego”.
•    Piotr Gdula obronił pracę pt. „Konwolucyjna kwantowa sieć neuronowa - modele i analiza wykonalności”.
•    Marcin Poloczek zajął się tematem „Opracowanie modelu obserwacji stanów splątanych w oparciu o efekt HOM dip (Hong-Ou-Mandel)”.
•    Jakub Piotrowski opracował temat: „Analiza porównawcza wybranych metod detekcji fake newsów”

Studenci przygotowali swoje prace dyplomowe pod opieką naukową dr inż. Joanny Wiśniewskiej, prof. dr. hab. inż. Andrzeja Walczaka oraz dr. inż. Piotra Górnego.

Nasi studenci pokazali w Espoo nie tylko solidne przygotowanie z zakresu informatyki kwantowej, lecz także wysoki poziom kompetencji programistycznych – element, który od lat buduje rozpoznawalność zespołów reprezentujących Wydział Cybernetyki. Dzięki temu był gotowy na partnerską rywalizację i rozwiązywanie problemów inżynierskich na poziomie międzynarodowym.

Opracował: Paweł Moszczyński
Fot. Marcin Poloczek