Artikel top billede

(Foto: Computerworld)

Kvantefysik og spacewar!

Spil og anvendt fysik mødes i kvantecomputere.

Af Torben Okholm, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

Digital Equipment Corporation begyndte at producere computeren PDP-1 i 1959 – den kostede en million dollar. I 1962 havde nogle brugt den til at lave et videospil. Dette spil fik navnet Spacewar!

Det var ikke det første videospil, men det var det første, som man kunne flytte til andre computere. Og “Quantum Tennis For Two” lyder ikke nær så godt. Derfor fik det navnet Spacewar! – endda med sit eget udråbstegn.

Sagen er, at hvis man giver en ingeniør computerudstyr til millioner af kroner, vil han eller hun bruge det til at spille spil. Det gælder også i dag; det har IBM-forskere, der udvikler kvante-computere, opdaget. I dag kan man spille Battleships på IBM’s cloud-kontrollerede
kvanteprocessor, hvis man har adgang til at bruge den og har den rigtige software. 

Som man kunne forvente, adskiller Quantum Battleships sig en anelse fra den simple “sigter godt, men rammer skidt”-mekanik i det klassiske spil, som mange af os har spillet på regnvåde sommerdage i ferielandet. Støj i kvantesystemet bliver tolket som vejrets indvirkning på slagskibene, der bliver udsat for vind og vejr, og som derfor kan være svære at ramme. Hvert slagskib er repræsenteret af et par Qubits, der ikke taler med hinanden under spillet, men som ikke desto mindre kender til hinandens tilstand i kraft af kvantemekanisk sammenfiltring. “Bomber” er en matematisk operation, der kan påvirke deres tilbøjelighed til at arbejde sammen, og ud fra det kan man beregne skaden. Det bliver præsenteret enkelt, men det er i virkeligheden ekstremt komplekst. 

Gamejam som mødested

Under et gamejam i Finland sidste år brugte Wooton IBM’s største og bedste kvantecomputer til procedural generering, men desværre ser det ikke ud til, at der bliver afholdt noget gamejam i år. Der er imidlertid håb om et jam i 2021, og det kan måske føre til nyt samarbejde mellem spiludviklere og fysikere. 

Øv, du har sænket mit slagskib

Alt dette bringer os til manden bag Quantum Battleships, James Wooton, der har arbejdet for IBM Research i halvandet år uden at vide, hvad han laver der. Eller også gør han sig blot kostbar.

“Jeg laver de ting, jeg laver. Det er det, jeg laver. Og de er så elskværdige at betale mig for det,” som han kryptisk udtrykker det. 

Battleships er hans andet spil til kvantecomputere, idet det første var en variant af det bekendte “Sten, saks, papir”. Her bliver kvantestøj brugt til at skabe hindringer for spillerens virtuelle modstandere.

“Før 2016 virkede det, som om kvantecomputere var en teknologisk fremtidsdrøm,” siger Wooton. “Når man arbejdede som forsker, kunne det sommetider være en smule demotiverende. Man vil gerne arbejde med noget, der er interessant, og som virker tiltrækkende på befolkningen. Dengang arbejdede jeg for universitetet i Basel, og da IBM lagde sin første kvanteenhed i et cloudlager med henblik på, at folk kunne bruge den, holdt jeg et foredrag om, hvad IBM var i gang med, og hvad man kunne bruge det til. Det første eksempel var en form for grafisk interface, som stadig eksisterer, men så snart det blev muligt at bruge disse enheder programmatisk, var min første tanke, at nu ville jeg til at lave nogle spil.”

“Når man ser på computerens historie, drejer den sig i meget høj grad om, hvad spil kan gøre for computere. Folk tager deres teknologi med til en handelsmesse og prøver at fremvise den ved at lade den køre et spil. De kan også bruge den til at undervise folk i teorierne bag programmering, eller også bruger de den til research. Og det var stort set det, jeg gjorde dengang. Jeg brugte et spil til at vise folk et eksempel på kvanteprogrammering, som ikke var en avanceret algoritme, men noget lettere tilgængeligt.”

Virkningerne af kvantemekanik i spilbranchen rækker imidlertid lidt længere end Battleships

“Der er en vis grad af spekulation i det, men spilbranchen er meget afhængig af, hvor lang tid det tager at lave sagerne,” siger Wooton.

“De områder, hvor kvantecomputere bliver nyttige i fremtiden, når de er skalerbare og fejltolerante, vil være i procedural generering. Nogle algoritmer såsom optimering og efterfølgende constraint satisfaction og graf-teoretisk analyse kunne være meget relevante områder. Vi kan begynde nu, og så bliver det hele stadig mere avanceret, indtil resultatet bliver de store maskiner, som vi arbejder henimod.”

Procedural generering er den måde, hvorpå landskaber og hele niveauer kan opstå ud af intet mere end en seedphrase og en algoritme. Vi så det i 2002, da Soldier of Fortune II kunne oprette endeløse mængder af slagsituationer, når man var blevet træt af at lemlæste fjender på 12 forskellige steder i en kampagne. Vi har siden set det i No Man’s Sky. Men hvad er det ved kvantecomputere, der gør dem så gode til procedural generering? Det har Wooton naturligvis et svar på:

“Den bedste måde, man kan få gode resultater ud af en kvantecomputer på, er at sætte den til at gøre de ting, som kvantecomputere bedst kan lide at lave. For eksempel er det at lave kvanteinterferens-effekter noget, der er meget nemt for en kvantecomputer, men det er det ikke for en normal computer. Mit første skridt på denne rejse bestod i at finde ud af, hvordan vi kan bruge det i procedural generering. Jeg betragter det som at oprette nye og interessante teksturer, som man vil kunne bruge i en algoritme til terræn-generering.”

“Jeg har fundet på en metode til at generere animationer, hvor man opnår en overgang fra ét billede til et andet. Metoden bruger teleportering, fordi kvante-teleportering er noget, der forekommer i kvantecomputere. Det er ikke et science fiction-begreb for os.”

“Nu er jeg ved at undersøge mere avancerede anvendelser.” 

“Jeg arbejder på et nyt værktøj, der kan hjælpe folk med at bruge kvantecomputere under for eksempel gamejams – eller som blot kan være med til at give hobbyprogrammører deres første erfaringer med kvantecomputere. Alt dette er både konkret forskning og et værktøj, som folk kan bruge.”

Hvis du er interesseret i at lære, hvordan man programmerer en kvantecomputer, eller du blot vil se de spil, der bliver lavet ved hjælp af disse maskiner, kan du begive dig til qiskit.org, hvor du især kan udforske det Minecraft-lignende QisketBlocks, som er lavet af udvikleren, forfatteren og foredragsholderen James Weaver. Wooton har en anbefaling i den forbindelse: “Der er et hjørne af QisketBlocks, hvor man kan rejse hen og opleve en pæn ø. Og man kan erfare, at den er dannet ved hjælp af procedural generering. Og derefter kan man følge op på det og lære, hvordan man selv kan gøre det.” 

QiskitBlocks af James Weaver er en introduktion til kvantecomputere ved hjælp af en Minetest-engine, der er open source. 

Hello Quantum er en app til iOS og Android fra IBM. Den præsenterer de grundlæggende elementer ved kvantemekanik.