Screenshot aus Decodoku, ein Spiel über Quanten-Fehler-Korrektur. Die zahlen, die spawnen schneller als ein Benutzer kann Sie bereinigen, viel wie Fehler, die von der Umwelt überwältigen kann ein Quanten-computer.Screenshot: James Wootton
So, was kann Sie nicht einem regulären computer tun? Informatiker sind immer noch herauszufinden, die aus. Sind die Computer-Systeme, die Probleme wie endlose Listen von Kommunikation bits—physische Systeme, die entweder gleich null oder eins ist, vorausgesetzt, Ihre Werte auf der Grundlage der Regeln der Logik. Aber aktuelle Forschung zeigt, dass einige Probleme sind nicht leicht vereinfacht nach unten, um logische Operationen—klassische Computer Schwierigkeiten haben, factoring-sehr große zahlen, zum Beispiel. Sie haben auch Schwierigkeiten, die Simulation des kollektiven, die Wahrscheinlichkeit, bestimmte Verhalten von subatomaren Teilchen. Es würde einfach zu viele bits oder zu viel Zeit.
Ein Quantencomputer diese Probleme anzugehen, die mit qubits—quantum-bits—statt mit bits. Qubits Rückweg gleich 0 oder 1, bits zu tun, sondern nehmen auf Zustände zwischen 0 und 1 bei der Berechnung. So, ein Quanten-Algorithmus beginnt mit der Einstellung jedes einzelnen qubit 0, 1, oder irgendwo dazwischen. Der Algorithmus läuft, dann die Maschine misst und liefert die Ergebnisse. Nur vor der Messung eine oder mehrere Kombinationen von qubits erlaubt sind und andere nicht, basierend auf dem quantenmechanischen Effekt namens “Störung.” Bei der Messung der Zeit, die Maschine spuckte eine der möglichen Binär-strings. So das Ergebnis der gleichen Quanten-Algorithmus viele Male wiederholt auf ein fünf-qubit-Quantencomputer würden viele fünf-stellige Zeichenfolgen (wie 00110). Nur die Zeichenfolgen von binären zahlen erlaubt, die durch die Quanten-algorithmen, die angezeigt wird, und wenn mehr als eine zulässig ist, die jeweils mit einer Frequenz, basierend auf diesen Wahrscheinlichkeiten.
Die Evangelisten sagen, Quanten-algorithmen laufen auf Quanten-Computern werden in der Lage, große zahlen in einem Bruchteil der Zeit des regelmäßigen Computer, oder genau und effizient zu simulieren und die Wechselwirkungen zwischen den Atomen, so dass Computer, um zu träumen, neue physische Materialien oder Moleküle. Technologie-Unternehmen wie Google und Microsoft hoffen, dass Quanten-Computern bieten mehr realistische künstliche Intelligenz, während andere Unternehmen hoffen, dass Sie helfen wird, finden optimale Lösungen für komplexe Probleme, wie, wie man am besten reservieren, Flugzeuge, Flughafen-gates. Forscher sind immer noch herauszufinden, die Quanten-algorithmen, die überlegenheit gegenüber klassischen diejenigen. Auch nach der vermeintlichen quantum Vorteile erscheinen, klassische Computer in der Regel schnell wieder aufholen.
“In einer Welt, wo wirklich zufällige Verhaltensweisen, informiert werden können, die durch Quanten-Verfahren können wir ein Umfeld zu schaffen, und Dutzende von Feinden, fühlen sich natürlich in Ihrem Verhalten auch über unendliche Zeiträume spielen.”
Die Tatsache ist, Quantencomputer können nicht viel tun, gerade jetzt. Energie aus der äußeren Umgebung verursacht qubits zu verlieren quantum-Verhalten, drehen Sie Sie in regelmäßigen bits. Die größten kommerziellen Maschinen (nicht mitgerechnet die D-Welle, die eine mehr begrenzte Art von Quanten-Gerät) haben 20 oder so qubits und sind immer noch sehr laut—Sie wollen nicht immer wieder die Antworten sollen Sie.
In diesem im entstehen begriffenen Umwelt, Programmierer wie Wootton bereits gebaut gamifizierten tutorials, citizen-science-Experimente, text-adventure-Spiele, und puzzle-Spiele. Wootton schuf seine ersten (wenn nicht das erste) Spiel der Bewältigung von Quanten-Ideen, genannt Decodoku, mit einem klassischen computer nur zwei Jahren. Früh quantum Maschinen gab, aber es gab keine Möglichkeit für die öffentlichkeit, um das Programm oder interagieren Sie mit Ihnen aus Erster Hand. Er hoffte, einzuführen Spieler, Quanten-Fehler-Korrektur: verhindern, dass der Qubits vor dem Verlust Ihrer Quanten-Verhalten auf die Umwelt oder von der Rückkehr eine 0, wenn es sollte eine 1 zurückgegeben. Decodoku ist eine einfache und frustrierend Spiel, in dem farbigen zahlen auf dem Bildschirm erscheinen und verschwinden wieder, wenn gleich-farbigen zahlen fügen Sie bis zu 10. Die zahlen scheinen zu spawnen schneller als Sie können, reinigen Sie Sie, viel wie Fehler, die von der Umwelt überwältigen kann heutige Quanten-Computer.
Etwa zur gleichen Zeit, IBM aus seinem user-facing Quantum Erfahrung, die es ermöglicht auch Menschen ohne ein Studium der Physik zu schreiben Ihre eigenen Programme auf einer kleinen, fünf-qubit quantum computer. Wootton begann zu schreiben, Spiele auf der IBM-Plattform, die er beschrieben als “einfache Anwendungen, die helfen könnte, die Menschen verstehen, die Grundlagen der Quanten-Programmierung.” Er nannte sein erstes richtiges Spiel für einen Quanten-computer “Quanten-Stein-Papier-Schere.”
Außer es war nicht Stein-Schere-Papier an alle—es war mehr wie ein coin-flip-Ratespiel du schreiben würdest, für einen Funktionsplotter. Der Spieler möchte wechseln, ein qubit den Wert von 0 auf 1, aber der computer will es genauso halten. Sowohl der Spieler und der computer sind in der Lage, wählen eine von zwei mathematischen Operationen, die bringen könnte die Qubits auf halbem Weg zwischen 0 und 1, aber auf verschiedene Weise—es hilft, stellen Sie sich 0 und 1 als oben und unten in einer Kugel, die qubit-Werte während der Berechnungen als Punkte auf der Sphäre, und die Wahrscheinlichkeit-verändernden Operationen wie dem ändern der Qubits Lage an der Sphäre. Wenn Sie wählen Sie die operation, die qubit-spiegeln wird seinen Wert, aber wenn Sie wählen Sie verschiedene Operationen, die Qubits bleiben wird, den gleichen Wert. Ein weiteres qubit bestimmt der computer die Wahl: Es ist eine überlagerung der beiden Operationen, oder ein Quantenzustand der beiden Operationen gleichzeitig. Der computer kann wieder nur einer von diesen, bestimmt allein durch die Zufälligkeit der Quantenmechanik.
Ein zweites Spiel von Wootton ist ein multiplayer-Spiel namens Quantum Schlachtschiffe, in denen ein Schiff sitzt an der Kreuzung zwischen zwei verschränkten physikalischen qubits—jedes qubit entspricht der Hälfte des Schiffes. Das Spiel misst und neu verstrickt diese qubits tausendmal zu bestimmen, das Schiff Unversehrtheit: ein höherer Prozentsatz von Zeiten, die beiden qubits den gleichen Wert haben, ist eine gesündere Schiff, und ein höherer Prozentsatz von Zeiten, die Sie einen unterschiedlichen Wert haben, ist eine gebrochene Schiff. Bomben ändern sich die Wahrscheinlichkeiten für eine der beiden qubits. Aber die Quanten-Idee der Verschränkung tun können, scheinbar unlogische Dinge, um die Wahrscheinlichkeiten. Da das Schiff Schaden beruht auf Korrelationen zwischen den qubits, Verschränkung präsentieren seltsam, stärker als erwarteten Zusammenhänge, das Spiel kann dem Spieler sagen, das Schiff nahm mehr Schaden, als möglich wäre, ohne einen Quanten-computer. Es ist, als wenn man drei rote “Treffer” Heringe in eine zwei-Loch-Schlachtschiff Stück.
Diese sind sehr rudimentär, text-basierte Spiele. “Ich möchte wirklich die Leute sehen, wie das Programm und wie es funktioniert, zu sagen” ich kann das besser machen,’ und lassen Sie sich inspirieren besseres zu tun als mich”, sagte Wootton.
Andere quantum Programmierer zusammengeschlossen haben, Wootton, games zu produzieren, die auf IBM-quantum-Prozessoren sowie Rigetti ist. Physiker Mark Fingerhuth, Geschäftsführer eines startup namens ProteinQure, hofft Sie quantum computing design neuer Moleküle für den Einsatz in der Medizin, unterhält ein Register der Quanten-Projekte auf StackExchange, einschließlich der quantum-Spiele. Aber Sie sind alle einfach. Einige gimmicks—Wootton verwendet einen 16-qubit-IBM-computer, um eine überlagerung von zwei 8-bit-ASCII-Zeichen, was in einer überlagerung von emoticons. Andere halten in unmittelbarer Nähe an die Regeln der Quantenmechanik, oder “citizen science” – Projekte gedacht, um zu lösen einige quantum-computing-problem durch Abstraktion, oder zu lehren, quantum-computing-Themen.
Vor kurzem, zum Beispiel, viele haben diskutierten die Idee von “Quanten-überlegenheit,” sich Wundern, wenn es ein problem sein wird, für die ein Quanten-computer kommen mit einer Lösung, sondern einen normalen computer nicht. Es ist noch nicht passiert, aber Wootton entwickelt ein Spiel, um benchmark-Quanten-Computer gegen einander und gegen die klassischen Computern, sogenannten Quanten-Awesomeness. Es ist ein puzzle, wo ein Benutzer aufrufen muss, aus Paaren benachbarter nummeriert, farbige Kreise, sind die meisten ähnlich wie in einem web von miteinander verbundenen Kreisen. Je schlechter der Spieler, desto mehr puzzle-erhöht in Größe und Komplexität, das Programm selbst zu mehr Ressourcen-intensiv. Es ist dem job des Spielers, um das Spiel läuft, solange möglich, bis die Rätsel sind so verheddert, dass das Spiel unspielbar, was zu einem game over. Dieses Spiel ist eine symbolische Darstellung der Google quantum überlegenheit Vorschlag. Wenn ein Quanten-computer wird länger dauern gegen eine schreckliche Spieler als ein klassischer computer hat, ist dies eine geplante demonstration von “quantum überlegenheit.”
Sie Fragen sich vielleicht, was ein Quanten-computer für video-Spiele, gegeben, dass die aktuelle state-of-the-art-Quanten-Spiele sind im Grunde nur bessere Zufallszahlen-Generatoren.
Einige Leute sind schon geträumt Ideen. April dieses Jahres, Microsoft und der University of Bristol, fragte Doktoranden um ein Spiel zu erstellen, “die kreative Nutzung von Quanten-Prinzipien.” Das Gewinner-team baute ein Spiel mit der Quanten-Waffen, in denen das Ziel in die Luft zu sprengen Ihre Gegner. Eine Waffe, zum Beispiel eine Bombe war, könnte die Luft sprengen in einem der beiden Orte (dargestellt durch ein qubit 0 und 1), die nicht bestimmt, bis der computer misst das qubit-Zustands. Aber bevor der computer Maßnahmen des Staates, die Spieler können sich verwickeln, die Bombe mit einer zweiten Bombe, korrelieren, wo beide explodieren gleichzeitig.
Sogar viele Jahrzehnte ab jetzt, vorausgesetzt, Quanten-Computer, scale-up und liefern Sie an Ihre Ziele, klassische Computer würde wahrscheinlich noch führen Sie eine video-Spiel ist Routinearbeit, wie der sound, Dialoge, graphics, controls, etc. Sie würde die Verbindung mit einem quantum-Prozessor, vorstellen könnte, neue Spiel-mechanik oder die Verbesserung der Physik-engine. Diese Spiele könnten enthalten die Skurrilität von subatomaren Teilchen auf größeren Skalen. Man hätte Feinde, dass beide existieren und existieren nicht in einer Stelle, bevor der Spieler versucht, Sie zu Erschießen. Oder vielleicht einige zukünftige Fortsetzung zu Portal kann verlangen, dass ein Spieler nutzen die Regeln der Quantenmechanik, statt der Regeln des regulären Physik, um die Navigation durch eine Ebene. Vielleicht gibt es Hindernisse, können Sie nur durchqueren, indem die richtige quantenmechanische Operationen zu Schaltflächen oder verwickeln Sätze von Schaltern.
Aber vielleicht der am meisten gehypten quantum computing Ziel ist die bessere maschinelles lernen und künstliche Intelligenz. Einblick in die Zukunft der Quanten-gaming können von einem aktuellen quantum-Projekt rund um Musik. James Weaver, developer advocate für Zentrale Software, hat ein Programm erstellt, dass die Komposition von original-Musik mit Rigetti quantum-Prozessor und cloud-basierte Programmierumgebung, Wald.
Wie funktioniert es? Zwei qubits machen vier verschiedene Töne—lasst uns sagen, dass beide qubits entspricht null, “|00>” als ein quant-Programmierer schreiben, es ist eine C-note. Die erste qubit gleich null, und der zweite fiel ein, |01>, a D, |10> ist ein E, und |11> ist ein F. kann Der Programmierer wählen Sie die erste note, dann definieren Sie die Wahrscheinlichkeiten zu bestimmen, die Chancen für den Einstieg die nächsten Hinweise. Der Quanten-computer, der die Berechnung durchführt und nimmt die nächste note auf der Grundlage der gegebenen Wahrscheinlichkeiten. Weiter geht es über die Anwendung der Wahrscheinlichkeiten der Zustände und Messung der Ergebnisse, zu produzieren, die sowohl eine Harmonie und Melodie.
Ein Quanten-computer könnte schließlich schlagen einem klassischen computer bei der Erstellung dieser geführten Wahrscheinlichkeiten. “Das Komponieren und genießen von Musik ist, basierend auf Wahrscheinlichkeiten in seinem Kern,” Weaver sagte. “Weil in der Quantenmechanik ist von Natur aus probabilistisch, es ist eine interessante Art und Weise Musik zu Komponieren.”
Sie extrapolieren diese auf Jahrzehnte, wenn Quanten-Computer sind viel komplexer und quantum machine learning könnte dazu führen, wirklich unberechenbar gameplay. Jeff Henshaw, Gründungsmitglied von Microsofts Xbox-team und der aktuellen Gruppe der Projekt-manager von Microsoft Quantum Architektur und Computing Group (QuArC), beschrieb seine Ideen für die Zukunft quantum video games Gizmodo:
[Quantum machine learning] geben Spiele-Entwickler die Möglichkeit, Erfahrungen zu schaffen, die sich an menschliches zutun im Laufe der Zeit. Im massively-multiplayer-Szenarien, quantum-powered machine learning werden in der Lage zu analysieren, das Verhalten der Legionen von Spielern und erstellen Erfahrungen, die uns herausfordern, besser zusammengefasst, während die Anpassung an jeden Spieler einzigartige Stil des Spiels.
Große zahlen auf dem Bildschirm Spiel-gesteuerte Gegner ist ein gutes Beispiel, wo eine andere form der quantum Vorteil, der uns helfen kann: echte Zufälligkeit, angetrieben von der Natur eigenen subatomaren Verhalten. Wir alle haben schon Spiele gespielt, wo Horden entfesselt und Dutzende von bösen spawn in mustern, die fühlen, zufällig auf den ersten, aber im Laufe der Zeit den Weg geben, um programmatische Muster. Dies wiederum schadet replay-Fähigkeit. In einer Welt, wo wirklich zufällige Verhaltensweisen, informiert werden können, die durch Quanten-Verfahren können wir ein Umfeld zu schaffen, und Dutzende von Feinden, fühlen sich natürlich in Ihrem Verhalten auch über unendliche Zeiträume spielen.
Vielleicht Spiele wie Grand Theft Auto haben könnte unendliche zufällig generierten Umgebungen und computer-gesteuerte Charaktere , die lernen, Ihren Charakter Bekanntheitsgrad und entsprechend zu handeln. Es könnte prozedurale generation noch schneller und einfacher, und gelten für Elemente über den Inhalt und das Aussehen der Spiel—vielleicht könnte es erzeugen benutzerdefinierte Geschichten und seltsame neue multiplayer-Erfahrungen mit near-real-Genauigkeit zum detail.
Das ist alles Spekulation zu diesem Zeitpunkt, und immer an diese futuristischen gaming-Erlebnis auf Arbeit. “Man muss vorher die Quanten-algorithmen und bestimmen in welcher Eigenschaft von Quanten-Computern verwendet werden können” auf andere Weise nicht zugänglich zu klassischen Computern, Krysta Svore, Leiter der Microsoft-Quantum – Redmond (QuArC) Gruppe bei Microsoft Research, sagte Gizmodo.
“Ich denke, wir brauchen quantum Spacewar!”
Dann gibt es die hardware Herausforderung. Viele Physiker denken, es wären mehr als 50 qubits für einen Quantencomputer, um etwas zu tun, die ein klassischer computer nicht können. Diese Aufgabe wird etwas sehr, sehr spezifisches, ähnlich Wootton Quantum Awesomeness Spiel. Ein Quanten-computer könnte Faktor zahlen erfordern würde, die Millionen von lauten physikalischen qubits mit eingebauter Redundanz, um Sie vollständig Konto für die Fehler, die in Höhe von etwa 1.000 qubits nutzbar. Dies wäre eine unglaubliche technische Meisterleistung. Heute ist es state-of-the-art Universelle Quantencomputer haben rund 20 physikalische qubits, mit dem Versprechen von 50-, 72-, und 128-qubit-Geräte im kommenden Jahr oder so.
Es ist bis auf “early adopters” zu schieben das Feld nach vorne durch Experimentieren, Talia Gershon, senior manager im AI Herausforderungen und die Erfahrungen bei IBM, sagte Gizmodo. Ihr team versucht zu bekommen, benutzten die Menschen zu denken, die mit Quantenmechanik und arbeitete mit Wootton auf ein Spiel namens Hallo Quantum, um Benutzern zu helfen lernen, die Seile. (Denken Sie an die Mathe-Blaster für den Unterricht Quanten-Konzepte.)
Ein typischer first-person-shooter nicht angewiesen sein auf einen Quanten-Prozessors in absehbarer Zeit. Aber Quanten-Algorithmus-Entwickler und Unternehmen, die Quanten-computing, in der Hoffnung, dass irgendwann, das ist wirklich revolutionieren wird, wie wir mit dem Computer interagieren, und daher, video-Spiele.
Wir brauchen nur mehr Leute lernen die Quantenmechanik, und, wie eine Quanten-computer, um uns dorthin zu gelangen.
“Gehen Sie einfach und haben ein hackathon”, sagte Wootton. “Hash aus ein paar Ideen und sehen, was möglich ist.”