Screenshot fra Decodoku, et spil om quantum korrektion af fejl. Tallene gyde hurtigere end en bruger kan rense dem op, meget gerne fejl fra miljøet kan overvælde en kvante-computer.Skærmbillede: James Wootton
Så, hvad kan ikke en almindelig computer? Dataloger er stadig regne det ud. Computere er kun systemer, der forenkler problemer, som endeløse lister af at kommunikere bits—fysiske systemer, der enten er lig med nul eller én, under forudsætning af deres værdier er baseret på logiske regler. Men den nuværende forskning viser, at nogle problemer er ikke let forenklet ned til logiske operationer—klassiske computere har problemer med factoring meget store tal, f.eks. De har også problemer med at simulere den kollektive sandsynlighed-drevet adfærd af subatomare partikler. Det ville simpelthen tage for mange bits eller for meget tid.
En kvantecomputer vil tackle disse problemer med qubits—kvante-bits—i stedet for bits. Qubits vende tilbage samme 0 eller 1, at bits gøre, men at tage på medlemsstaterne i mellem 0 og 1 i beregningen. Så, en kvante-algoritmen starter med at indstille hver enkelt af bendt til 0, 1, eller et sted i mellem. Algoritmen kører, så maskinen foranstaltninger og leverer resultater. Lige før måling, en eller flere kombinationer af qubits er tilladte og andre ikke, der er baseret på kvantemekaniske effekt kaldet “indblanding.” Ved måling af tid, maskinen vil spytte ud af en af de mulige binære strenge. Så resultatet af det samme quantum algoritmen gentages mange gange på en fem-bendt kvantecomputer ville være mange fem-cifret strenge (som 00110). Kun strenge af binære tal, der er tilladt af quantum algoritmer vises, og hvis der er mere end én er tilladt, hver vil forekomme med en hyppighed, der er baseret på disse sandsynligheder.
Evangelisterne siger quantum algoritmer, der kører på kvante-computere vil være i stand til at indregne store tal på en brøkdel af den tid, af almindelige computere, eller præcist og effektivt at simulere samspillet mellem atomer, som tillader computere at drømme sig nye fysiske materialer eller molekyler. Teknologi-virksomheder som Google og Microsoft håber, at kvante-computere, der vil tilbyde mere realistisk kunstig intelligens, mens andre virksomheder, der håber, at de vil bidrage til at finde optimale løsninger på komplekse problemstillinger, som hvordan man bedst kan afsætte fly til lufthavn gates. Forskere er stadig at finde ud af, hvilke quantum algoritmer demonstrere overlegenhed over klassisk dem. Selv efter meningen quantum fordele vises, klassiske computere normalt indhente hurtigt.
“I en verden, hvor det er helt tilfældigt adfærd kan blive informeret af kvantemekaniske processer, vi kan skabe miljøer, og at snesevis af fjender, der føles naturlige i deres opførsel over uendelige perioder af spillet.”
Faktum er, at kvante-computere kan ikke gøre så meget lige nu. Energi fra omgivelserne årsager qubits til at miste deres quantum adfærd, gøre dem til almindelige bits. Den største kommercielle maskiner (ikke medregnet D-Bølge, som er en mere begrænset form for quantum enhed), der har 20 eller så qubits og er stadig meget støjende—de er ikke altid returnere de svar, de er meningen at.
I denne spirende miljø, programmører som Wootton har allerede bygget gamified tutorials, borger videnskab eksperimenter, tekst adventure spil, adventure spil og puslespil spil. Wootton skabte sin første (om ikke den første) spil bekæmpelse af kvante-ideer, kaldet Decodoku, ved hjælp af en klassisk computer for bare to år siden. Tidligt quantum maskiner har eksisteret, men der var ingen måde for det offentlige at programmere eller interagere med dem på første hånd. Han håbede på at introducere spillerne til quantum korrektion af fejl: at forhindre øjebliksbillede fra at miste sin quantum adfærd til miljøet eller i at returnere et 0, når det skulle have returneret en 1. Decodoku er en enkel og frustrerende spil, hvor farvede tal vises på skærmen og forsvinder, hvis samme-farvede tal, tilføjer op til 10. Tallene synes at gyde hurtigere, end du kan rense dem op, meget gerne fejl fra miljøet kan overvælde dagens kvante-computere.
Omkring samme tid, IBM sat ud af sin bruger-vender Quantum Oplevelse, som giver mulighed for selv folk uden en fysik grad om at skrive deres egne programmer på en lille, fem-bendt quantum computer. Wootton begyndte at skrive spil på IBM-platformen, som han beskrev som “simple programmer, der kunne hjælpe folk til at forstå det grundlæggende i quantum programmering.” Han kaldte sin første rigtige spil for en kvantecomputer “quantum rock-papir-saks.”
Bortset fra at det ikke var sten-saks-papir til alle—det var mere som et coin-flip-gætte spil, du vil skrive til en grafregneren. Spilleren ønsker at skifte et øjebliksbillede ‘ s værdi fra 0 til 1, men den computer, der ønsker at holde det samme. Både spilleren og computeren er i stand til at vælge en af to matematiske operationer, der kunne bringe bendt halvvejs mellem 0 og 1, men på forskellige måder—det hjælper at forestille sig, 0 og 1, så toppen og bunden af en kugle, bendt værdier under beregninger, som peger på kuglen, og sandsynligheden for skiftende aktiviteter som at ændre bendt ‘ s placering langs den sfære. Hvis de vælger den samme operation, bendt vil vende sin værdi, men hvis de vælger forskellige operationer, bendt vil forblive den samme værdi. En anden bendt bestemmer computerens valg: Det er en superposition af begge operationer, eller en kvante-tilstand for begge operationer på samme tid. Computeren kan vende tilbage, kun en af disse, afgøres udelukkende af tilfældighed af kvantemekanik.
Et andet spil i Wootton er et multiplayer spil kaldet Quantum Slagskibe, hvor et skib, der sidder i krydset mellem to viklet ind fysiske qubits—hver bendt udgør halvdelen af skibet. Spillet foranstaltninger og re-indvikler disse qubits tusind gange for at fastslå skibets intactness: en højere procentdel af gange, de to qubits har samme værdi, er en sundere skib, og en større procentdel af de gange, de har en anden værdi, er en mere brudt skib. Bomber ændre sandsynlighederne for, at en af de to qubits. Men quantum idé af entanglement kan gøre tilsyneladende ulogiske ting til sandsynligheder. Da skibets skader, der er baseret på korrelationer mellem qubits, og indvikling kan præsentere mærkeligt, stærkere-end-forventede sammenhænge, spillet kan fortælle spilleren, skibet tog mere skade, end det ville være muligt uden en kvante-computer. Det er, som hvis du kunne sætte tre røde “hit” pinde ind i en to-hul slagskib stykke.
Disse er meget rudimentær, tekst-baserede spil. “Jeg kan virkelig vil have folk til at se programmet, og hvordan det virker, siger ‘jeg kan gøre det bedre end dette,”, og blive inspireret til at gøre det bedre end mig,” sagde Wootton.
Andre quantum programmører har sluttet sig Wootton i at producere spil på både IBM ‘ s quantum-processorer samt Rigetti. Fysiker Mark Fingerhuth, administrerende DIREKTØR for en start kaldet ProteinQure, der håber at kunne bruge quantum computing til at designe nye molekyler til brug i medicin, vedligeholder et register over quantum projekter på StackExchange, herunder quantum spil. Men de er alle simple. Nogle er gimmicks—Wootton anvendes en 16-bendt IBM computer til at foretage en superposition af to 8-bit ASCII-tegn, hvilket resulterer i en superposition af humørikoner. Andre holder sig tæt til reglerne om kvantemekanik, eller er citizen science projekter, der har til formål at løse nogle quantum computing problem ved at abstrahere det, eller til at undervise, quantum computing emner.
For nylig, for eksempel, mange har drøftet ideen om “quantum overherredømme,” gad vide, hvornår der vil være et problem, som en kvante-computer kan komme op med en løsning, men en almindelig computer ikke kan. Det er ikke sket endnu, men Wootton er der udviklet et spil til benchmark quantum computere mod hinanden og mod klassisk computere, kaldet Quantum Awesomeness. Det er et puslespil, hvor en bruger skal kalde par af tilstødende nummererede, farvede cirkler, der er mest lignende i et spind af tilsluttede kredse. Værre spiller har, jo mere puslespil øger i størrelse og kompleksitet, hvilket gør programmet selv er blevet mere ressourcekrævende. Det er spillerens opgave at holde spillet kørende så længe som muligt, indtil de gåder er så sammenfiltrede, at spillet er uspillelig, hvilket medfører en game over. Dette spil er en symbolsk repræsentation af Google ‘ s quantum overherredømme forslag. Hvis en kvantecomputer vil vare længere mod en forfærdelig spiller end en klassisk computer ikke, dette er et forslag til demonstration af “quantum overherredømme.”
Du kan spekulerer på, hvad en kvantecomputer vil gøre for video spil, da den nuværende state-of-the-art quantum spil er dybest set bare glorificeret tilfældige tal generatorer.
Nogle folk er allerede ved at udtænke ideer. Denne April, Microsoft og Bristol Universitet spurgt Ph.d. – studerende til at skabe et spil “med et kreativt brug af kvantemekaniske principper.” Det vindende hold bygget et spil med quantum våben, i som målet er at sprænge din modstander. Et våben, for eksempel, var en bombe, der kunne blæse op i en af de to steder (repræsenteret ved et øjebliksbillede er 0 og 1) der er ikke fastsat, indtil den computer, der måler bendt ‘ s tilstand. Men før computeren foranstaltninger, staten, spilleren kan vikle bombe med en anden bombe, der samordner, hvor både eksplodere på samme tid.
Selv mange årtier, forudsat quantum computere skala op og levere på deres mål, klassiske computere ville sandsynligvis stadig udføre en video-spil er hårde arbejde, som den lyd, dialog, grafik, kontrol, etc. De ville forbinde med en kvante-processor, der kunne indføre nye spil mekanik eller forbedre fysik motor. Disse spil kan omfatte de skøre af subatomare partikler på større skalaer. Man kunne have fjender, der både eksisterer og ikke eksisterer på et sted, før afspilleren forsøger at skyde dem. Eller måske nogle af de kommende efterfølger til Portalen kan kræve en afspiller til at udnytte reglerne om kvantemekanik, i stedet for reglerne i almindelig fysik, for at navigere gennem et niveau. Måske der er forhindringer, kan du kun kan krydse ved at anvende de rigtige kvante mekaniske operationer på knapperne eller indfiltringsnet sæt af parametre.
Men det måske mest hypede quantum computing mål er bedre maskinindlæring og kunstig intelligens. Et glimt af fremtiden for quantum gaming kan komme fra en nuværende quantum projekt, der er relateret til musik. James Weaver, udvikler fortaler for Central Software, har skabt et program, der komponerer original musik ved hjælp af Rigetti s quantum processor og sin cloud-baseret programmering, miljø, Skov.
Hvordan virker det? To qubits gøre op fire forskellige toner—lad os sige, at både qubits lig nul, “|00>” som en kvante-programmør kan skrive det, er et C-note. Den første bendt lig nul, og den anden svarer til en, |01>, er et D, |10> er en E, og |11> er et F. programmør kan vælge den første tone, og derefter definere sandsynligheder for at bestemme odds for at få hver af de næste noter. Quantum computer udfører beregningen og henter den næste bemærk der er baseret på de givne sandsynligheder. Fortsætter det på, at anvende de sandsynligheder, der er til qubits og måling af resultatet, til at producere både en harmoni og en melodilinje.
En kvante-computer kan i sidste ende slog en klassisk computer til at generere disse guidede sandsynligheder. “At komponere og opleve musik er baseret på sandsynligheder i sin kerne,” Weaver sagde. “Fordi kvantemekanikken er i sagens natur probabilistisk, det er en interessant måde at komponere musik.”
Du kan udnytte dette til årtier ned linjen, når kvante-computere, der er langt mere kompleks og quantum machine learning kan føre til virkelig uforudsigelige gameplay. Jeff Henshaw, stiftende medlem af Microsofts Xbox-hold og nuværende gruppe, projekt manager i Microsoft ‘ s Quantum Arkitektur og Design Group (QuArC), beskrev sine ideer for fremtiden quantum video spil til Gizmodo:
[Quantum machine learning] vil give spiludviklere mulighed for at skabe oplevelser, der tilpasser sig den menneskelige input over tid. I massivt multiplayer scenarier, kvante-drevne maskine læring vil være i stand til at analysere adfærd i legioner af spillere, og skabe oplevelser, der udfordrer os bedre kollektivt, mens tilpasning til hver enkelt spillers unikke spillestil.
Et stort antal af on-screen spil-kontrollerede fjender er et godt eksempel, hvor en anden form for quantum fordel kan hjælpe os: ægte tilfældighed, drevet af naturens egne subatomare adfærd. Vi har alle spillet spil, hvor horder er udløst, og at snesevis af onde gyde i mønstre, der føler sig tilfældigt i starten, men over tid give plads til programmerbare mønstre. Dette, igen, gør ondt replay-evne. I en verden, hvor det er helt tilfældigt adfærd kan blive informeret af kvantemekaniske processer, vi kan skabe miljøer, og at snesevis af fjender, der føles naturlige i deres opførsel over uendelige perioder af spillet.
Måske spil som Grand Theft Auto kunne have uendelig tilfældigt genereret miljøer og edb-styrede tegn på, at lære af din karakter ‘ s berømmelse og handle i overensstemmelse hermed. Det kunne gøre proceduremæssige generation endda hurtigere og nemmere, og anvende elementer, der ud over udseendet og indholdet af spillet—måske det kunne generere tilpassede historier og mærkelige nye multiplayer-oplevelser, nær-real nøjagtigheden af detaljer.
Dette er alt sammen spekulationer på nuværende tidspunkt, og at komme til disse futuristiske spiloplevelse vil tage arbejde. “Man er nødt til at rykke quantum algoritmer, og bestemme i hvilken egenskab quantum computere, kan blive brugt på måder, som ikke er tilgængelige for klassiske computere, Krysta Svore, der er leder af Microsoft Quantum – Redmond (QuArC) gruppe på Microsoft Research, fortalte Gizmodo.
“Jeg tror, vi har brug for quantum Ocaml!”
Så er der hardware udfordring. Mange fysikere mener, at det ville tage mere end 50 qubits for en quantum computer til at gøre noget, som en klassisk computer ikke kan. Denne opgave vil være noget meget konkret, beslægtet med Wootton s Quantum Awesomeness spil. En kvante-computer, der kunne faktor numre vil kræve millioner af støjende fysiske qubits, som indeholder indbygget afskedigelser for at fuldt ud tages hensyn til fejl, svarende til måske 1,000 anvendelige qubits. Dette ville være en utrolig ingeniørarbejde. I dag er state-of-the-art universel kvantecomputer har omkring 20 fysiske qubits, med løfter om 50-, 72-og 128-bendt enheder i det kommende år eller så.
Det er op til early adopters at skubbe felt frem ved at eksperimentere, Talia Gerson, senior manager i AI udfordringer og quantum oplevelser hos IBM, fortalte Gizmodo. Hendes team er at forsøge at få folk bruges til at tænke med kvantemekanikken, og har arbejdet med Wootton på et spil kaldet Hello Quantum til at hjælpe brugere med at lære tovværk. (Tænk på en Matematik Blaster for undervisning quantum begreber.)
En typisk første-persons-skydespil, der vil ikke være afhængige af en quantum processor når som helst snart. Men quantum algoritme udviklere og virksomheder, der arbejder på quantum computing håber, at i sidste ende, er det virkelig vil revolutionere, hvordan vi interagerer med computere, og derfor, video-spil.
Vi har brug for flere mennesker at lære kvantemekanik og hvordan man programmerer en kvante-computer for at få os til det.
“Bare gå ud og få et hackathon,” sagde Wootton. “Hash-ud af nogle af de ideer og se, hvad der er muligt.”