Screenshot van Decodoku, een spel over quantum error correction. De nummers paaien sneller dan een gebruiker kan opschonen, net als fouten van het milieu kunnen overweldigen een quantum computer.Screenshot: James Wootton
Dus, wat kan niet op een gewone computer? Computer wetenschappers zijn nog bezig dat uit. Computers zijn alleen systemen die vereenvoudiging problemen als eindeloze lijsten van communiceren bits—fysische systemen die ofwel gelijk aan nul of één, uitgaande van hun waarden, gebaseerd op de regels van de logica. Maar het huidige onderzoek laat zien dat sommige problemen zijn niet gemakkelijk vereenvoudigd neer op logische operaties—klassieke computers hebben moeite factoring zeer grote getallen, bijvoorbeeld. Ze hebben ook moeite met het simuleren van het collectief, kans-gedreven gedrag van subatomaire deeltjes. Het zou gewoon te veel bits of te veel tijd.
Een quantum computer zou aanpakken van deze problemen met qubits—quantum bits—in plaats van bits. Qubits retourneren 0 of 1 bits heeft, maar nemen de staten in tussen 0 en 1 tijdens de berekening. Dus, een quantum algoritme begint met het instellen van elke qubit op 0, 1, of ergens daar tussenin. Het algoritme loopt, dan is de machine maatregelen en levert de resultaten. Net voor de meting één of meerdere combinaties van qubits toegestaan zijn en andere niet, gebaseerd op de quantum mechanische effect genaamd “interferentie.” Bij de meting van de tijd, de machine zal spuwen één van de mogelijke binaire strings. Dus de uitkomst van dezelfde quantum algoritme vele malen herhaald op een vijf-qubit kwantum computer worden veel vijf-cijferige strings (zoals 00110). Alleen de snaren van de binaire getallen toegestaan door de quantum algoritmes zullen verschijnen, en als er meer dan één is toegestaan, elke verschijnt met een frequentie op basis van deze kansen.
Evangelisten zeggen quantum algoritmes uitgevoerd op quantum computers zijn in staat om rekening te houden met grote aantallen in een fractie van de tijd van de reguliere computers, of precies en efficiënt simuleren van de interactie tussen atomen, waardoor computers te dromen over nieuwe materialen of moleculen. Technologie bedrijven als Google en Microsoft hopen quantum computers bieden meer realistische kunstmatige intelligentie, terwijl andere bedrijven hopen dat ze zullen helpen bij het vinden van optimale oplossingen voor complexe problemen, zoals hoe je het beste het toewijzen van vliegtuigen op de luchthaven van gates. Onderzoekers zijn nog steeds aan het uitzoeken welke quantum algoritmes te demonstreren superioriteit ten opzichte van de klassieke exemplaren. Zelfs na verondersteld quantum voordelen verschijnen, klassieke computers meestal snel halen.
“In een wereld waar werkelijk willekeurige gedragingen kunnen worden geïnformeerd door quantum processen, kunnen we een omgeving te creëren, en de scores van de vijanden, die natuurlijk voelen in hun gedragingen en zelfs over oneindige perioden van spelen.”
Het feit is, quantum computers kunnen niet veel doen nu. Energie uit de omgeving veroorzaakt qubits te verliezen hun quantum gedrag, draaien ze in regelmatige stukken. De grootste commerciële machines (niet het tellen van de D-Golf, en dat is een meer beperkte vorm van quantum-apparaat) hebben 20 of zo qubits en zijn nog steeds gezelliger ze niet altijd terug in de antwoorden die ze verondersteld bent.
In dit prille omgeving, programmeurs zoals Wootton hebben al gamified tutorials, citizen science experimenten, tekst adventure games en puzzel games. Wootton gemaakt zijn voor de eerste (maar niet de eerste) spel aanpak van quantum ideeën, genaamd Decodoku, met behulp van een klassieke computer slechts twee jaar geleden. Begin van de quantum machines bestonden, maar er was geen manier voor het publiek om een programma of interactief met de eerste hand. Hij hoopte om spelers te introduceren op quantum error correction: het voorkomen van het qubit van het verliezen van de quantum gedrag aan de omgeving of van het retourneren van een 0 als het moet hebben weer een 1. Decodoku is een eenvoudige en frustrerend spel waarin gekleurde cijfers op het scherm verschijnen en verdwijnen als dezelfde-gekleurde getallen optellen tot 10. De getallen lijken te paaien sneller dan kunt u schoonmaken, net als fouten van de omgeving kan overweldigen vandaag quantum computers.
Rond dezelfde tijd, IBM stak de gebruiker geconfronteerd met Quantum Ervaring, waardoor zelfs mensen zonder natuurkunde mate tot het schrijven van hun eigen programma ‘ s op een kleine, vijf-qubit kwantum computer. Wootton begon met het schrijven van games op het IBM platform, die hij beschreef als “eenvoudige toepassingen die mensen te helpen begrijpen van de basisprincipes van de programmering.” Hij noemde zijn eerste echte game voor een quantum computer “quantum rock-paper-scissors.”
Behalve het was geen rock-paper-scissors—het was meer als een coin-flip raadspel je zou schrijven voor een grafische rekenmachine. De speler wil om te schakelen van een qubit is de waarde van 0 naar 1, maar de computer wil houden. Zowel de speler en de computer zijn in staat om te kiezen een van de twee wiskundige operaties zou kunnen brengen voor de qubit halverwege tussen 0 en 1, maar op verschillende manieren—het helpt om te bedenken 0 en 1, zoals de boven-en onderkant van een bol, de qubit waarden in berekeningen als de punten op de bol, en de kans veranderende bedrijfsactiviteiten, zoals het veranderen van de qubit locatie langs de sfeer. Als ze halen dezelfde werking, de qubit zal flip zijn waarde, maar als ze kiezen voor verschillende activiteiten, het qubit zal blijven dezelfde waarde. Een andere qubit bepaalt de keuze van de computer: Het is een superpositie van beide operaties of een quantumtoestand van beide operaties tegelijk. De computer kan alleen een van deze, uitsluitend bepaald door de willekeur van de quantum mechanica.
Een tweede spel van Wootton het is een multiplayer spel genaamd Quantum Zeeslag, waarin een schip ligt op de kruising tussen twee verstrengelde fysieke qubits—elke qubit vertegenwoordigt de helft van het schip. Het spel meet-en re-verknoopt deze qubits duizend keer om te bepalen van het schip intactness: een hoger percentage van de keren dat de twee qubits hebben dezelfde waarde is een gezonder schip, en een hoger percentage van de keren dat ze een verschillende waarde is een meer gebroken schip. Bommen veranderen de kansen voor één van de twee qubits. Maar de quantum idee van verstrengeling kan doen schijnbaar onlogische dingen naar de kansen. Omdat het schip van de schade is gebaseerd op correlaties tussen qubits, en verstrengeling kan presenteren vreemd, sterker-dan-verwachte correlaties, het spel zou kunnen zeggen dat de speler het schip nam meer schade dan mogelijk zou zijn zonder een quantum computer. Het is alsof je zou kunnen stellen drie rode “hit” haringen in een twee-gaten slagschip stuk.
Deze zijn zeer rudimentair, text-based games. “Ik wil dat mensen zien het programma en hoe het werkt, zeg ‘ik kan het beter doen dan deze,’ en laat je inspireren om het beter te doen dan mij,” zei Wootton.
Andere quantum programmeurs hebben zich Wootton in het produceren van games op zowel IBM ‘s quantum-processors als Rigetti’ s. Natuurkundige Mark Fingerhuth, CEO van een startup genaamd ProteinQure dat de hoop voor het gebruik van quantum computing bij het ontwerpen van nieuwe moleculen voor gebruik in de geneeskunde, onderhoudt een register van quantum projecten op StackExchange, inclusief quantum games. Maar ze zijn allemaal eenvoudig. Sommige zijn gimmicks—Wootton gebruikt een 16-qubit IBM-computer om een superpositie van twee 8-bit ASCII-tekens, wat resulteert in een superpositie van emoticons. Anderen stick dicht bij de regels van de quantum mechanica, of citizen science projecten bedoeld op te lossen een aantal quantum computing probleem op door te abstraheren, of te leren, quantum computing onderwerpen.
Onlangs, bijvoorbeeld, veel hebben gesproken over het idee van “quantum suprematie,” vraagt u zich af wanneer er zich een probleem voor dat een quantum computer kan komen met een oplossing, maar een gewone computer kan niet. Het is nog niet gebeurd, maar Wootton bedacht een spel te benchmark quantum computers tegen elkaar en tegen de klassieke computers, de zogenaamde Quantum Awesomeness. Het is een puzzel waar een gebruiker moet roepen van aangrenzende paren geteld, gekleurde cirkels die het meest vergelijkbaar zijn in een web van verbonden cirkels. Hoe slechter de speler heeft, hoe meer de puzzel toeneemt in omvang en complexiteit, waardoor het programma zelf worden meer middelen vergen. De speler is de taak om het spel loopt zo lang mogelijk, totdat de puzzels zijn zo ingewikkeld dat het spel is onspeelbaar, waardoor een ‘game over’. Dit spel is een symbolische voorstelling van Google ‘ s quantum suprematie van het voorstel. Als een quantum computer langer tegen een vreselijke speler dan een klassieke computer doet, dit is een voorgenomen demonstratie van “quantum suprematie.”
Je vraagt je misschien af wat een quantum computer voor video games, gezien het feit dat de huidige state-of-the-art quantum games zijn eigenlijk gewoon verheerlijkt random number generators.
Sommige mensen zijn al aan het dromen ideeën. April, Microsoft en de Universiteit van Bristol vroeg PhD studenten om een spel te creëren “, waarbij creatief gebruik van de kwantum principes.” Het winnende team bouwde een spel met quantum wapens, in die het doel om op te blazen je tegenstander. Een wapen, bijvoorbeeld, was een bom die kan blazen in een van de twee plaatsen (vertegenwoordigd door een qubit is 0 en 1) die niet bepaald tot de computer meet de qubit staat. Maar voordat de computer maatregelen van de staat, de speler kan verstrikken de bom met een tweede bom, vergelijken waar beide gelijktijdig ontploffen.
Zelfs vele tientallen jaren van nu, op voorwaarde quantum computers te schalen en te leveren op hun doelen, klassieke computers zou waarschijnlijk nog steeds het uitvoeren van een video game te verduren, zoals het geluid, dialoog, graphics, controls, etc. Ze zou verbinden met een quantum-processor die zou kunnen leiden tot nieuwe game mechanics of het verbeteren van de physics engine. Deze spellen kunnen nemen van de vreemdheid van de subatomaire deeltjes op grotere schalen. Men zou kunnen hebben vijanden die zowel bestaan en niet bestaan in een plek voor de speler probeert om te schieten hen. Of misschien in de toekomst een vervolg op Portal kan het nodig zijn om een speler te profiteren van de regels van de kwantummechanica, in plaats van de regels van de gewone natuurkunde, om te navigeren door middel van een niveau. Misschien zijn er obstakels die je alleen kunt oversteken bij het toepassen van de juiste quantum mechanische operaties te toetsen of warrelnetten sets van schakelaars.
Maar misschien wel de meest gehypte quantum computing doel is een betere machine learning en kunstmatige intelligentie. Een blik in de toekomst van de kansspelen komen van een huidige quantum-project in verband met muziek. James Weaver, ontwikkelaar pleiten voor Centrale Software, heeft een programma dat componeert originele muziek met Rigetti de quantum-processor en zijn op de cloud-gebaseerde programmeer-omgeving, Bos.
Hoe werkt het? Twee qubits make-up vier verschillende noten—laten we zeggen dat zowel qubits gelijk aan nul, “|00>” als een quantum-programmeur zou kunnen schrijven, is een C-merk. De eerste qubit gelijk aan nul en de tweede gelijk aan één |01>, is een D |10> is een E, en |11> is een F. De programmeur kan kiezen voor de eerste noot, dan bepalen de waarschijnlijkheid te bepalen van de kans voor het krijgen van elk van de volgende opmerkingen. De quantum-computer voert de berekening en wordt de volgende opmerking op basis van de gegeven kansen. Het blijft op de toepassing van de kansen om de qubits en het meten van het resultaat, voor de productie van zowel een harmonie en een melodie lijn.
Een quantum computer kan uiteindelijk sloeg een klassieke computer bij het genereren van deze begeleide kansen. “Het samenstellen en beoordelen van muziek is gebaseerd op waarschijnlijkheden in de kern,” de Wever zei. “Omdat de quantum mechanica is inherent probabilistische, het is een interessante manier om muziek te componeren.”
U kunt extrapoleren dit tot tientallen jaren langs de lijn, als quantum computers zijn veel complexer en quantum machine learning kan leiden tot echt onvoorspelbaar gameplay. Jeff Henshaw, mede-oprichter van Microsoft ‘s Xbox-team en de huidige groep, project manager van Microsoft’ s Quantum Architectuur en Computing Group (QuArC), beschreef zijn ideeën voor de toekomst quantum video games Gizmodo:
[Quantum machine learning] geeft ontwikkelaars een kans om ervaringen die zich aanpassen aan de menselijke inbreng in de tijd. In massively multiplayer scenario ‘ s, quantum-aangedreven machine learning in staat zal zijn om een analyse van het gedrag van de legioenen van gamers, en het creëren van ervaringen die uitdaging ons beter samen, terwijl de aanpassing van de voor iedere speler unieke stijl van spelen.
Grote aantallen op het scherm spel-gestuurde vijanden is een goed voorbeeld waar een andere vorm van quantum voordeel kan ons helpen: echte willekeur, aangedreven door de natuur zelf subatomaire gedrag. We hebben alle gespeelde spellen waar hordes worden losgelaten en de scores van de slechteriken paaien in de patronen die zich willekeurig op het eerste, maar na verloop van tijd weg te geven aan de programmatische patronen. Dit, op zijn beurt, doet pijn replay-mogelijkheid. In een wereld waar werkelijk willekeurige gedragingen kunnen worden geïnformeerd door quantum processen, kunnen we een omgeving te creëren, en de scores van de vijanden, die natuurlijk voelen in hun gedragingen en zelfs over oneindige perioden van spelen.
Misschien games als Grand Theft Auto, dan kan het zijn oneindige willekeurig gegenereerde omgevingen en de computer bestuurde personages die leer van uw karakter van de bekendheid en dienovereenkomstig te handelen. Het zou kunnen maken van procedurele generatie nog sneller en gemakkelijker, en zijn van toepassing op elementen buiten het uiterlijk en de inhoud van het spel—wellicht kan het genereren van aangepaste verhaallijnen en de vreemde nieuwe multiplayer-ervaringen, met een bijna-echte juistheid van detail.
Dit is allemaal speculatie op dit punt, en het krijgen van deze futuristische gaming ervaringen zal werken. “Men vooraf de quantum algoritmes, en te bepalen in welke hoedanigheid quantum computers kan worden gebruikt” op manieren die niet toegankelijk is voor klassieke computers, Krysta Svore, de leider van de Microsoft Quantum – Redmond (QuArC) group bij Microsoft Research, vertelde Gizmodo.
“Ik denk dat we moeten quantum Spacewar!”
Dan is er de hardware uitdaging. Veel fysici denken dat het zou meer dan 50 qubits voor een quantum computer om iets te doen dat van een klassieke computer niet kan. Deze taak zal iets heel specifieke, verwant aan Wootton de Quantum Awesomeness spel. Een quantum computer kan factor nummers zou vereisen miljoenen luidruchtige fysieke qubits met ingebouwde ontslagen om volledig rekening houden met fouten, ten bedrage misschien 1,000 bruikbaar qubits. Dit zou een ongelofelijk technisch hoogstandje. De huidige state-of-the-art universele quantum computers hebben ongeveer 20 fysieke qubits, met beloften van 50-, 72-, en 128-qubit apparaten in het komende jaar of zo.
Het is aan early adopters te duwen van het veld naar voren door te experimenteren, Talia Gerson, senior manager, in AI, uitdagingen en quantum ervaringen bij IBM, vertelde Gizmodo. Haar team is op zoek naar mensen gebruikt te denken met de quantum mechanica, en heeft gewerkt met Wootton op een spel genaamd Hello Quantum gebruikers te helpen bij het leren van de touwen. (Denk aan een Math Blaster voor het onderwijs quantum concepten.)
Een typische first-person shooter niet te vertrouwen op een quantum-processor op elk moment snel. Maar quantum algoritme, ontwikkelaars en ondernemingen die werkzaam zijn op quantum computing, in de hoop dat uiteindelijk, dit zal echt een revolutie voor de manier waarop we omgaan met computers en zo, video games.
We moeten gewoon meer mensen leren de quantum mechanica en het programmeren van een quantum computer om ons daar.
“Gewoon gaan en hebben een hackathon,” zei Wootton. “Hash aantal ideeën en zien wat mogelijk is.”