Квантовые вычисления в играх, или сходим с ума по-серьезному
Вы когда-нибудь пробовали «научиться быть безумным»? Нетривиальная задачка. Даже нормальной методики не найдешь, ибо каждый сходит с ума по-своему. Моя первая попытка: теория заговора. Теория не предполагает практики, а значит не придется много работать. Опять-таки, при любом раскладе никто не пострадает.
Создать теорию заговора относительно просто. Нужна идея, достаточно простая для того, чтобы её восприняли 90% населения. Она должна быть спорна, чтобы 5% населения могли объяснять 90% какие они идиоты. Наконец, нужны какие-либо исследования, которые эти 95% людей не понимают, но которые используются 90% как аргумент «люди поумнее нас доказали. ».
Квантовые вычисления — отличная область для такого исследования. Можно накатать простую схему, но слово «квантовые» придаст веса результатам.
Объект исследования — игра, ибо объект должен простым и привычным молодежи. Кто у нас занимается квантовыми вычислениями и играми? Google.
Итак, еретическая теория: через 5 лет Пейдж и Грин решат, кто будет главным в Google, и сделают это с помощью игры. У каждого из них есть группа исследователей. Команда AlphaGo со своими боевыми нейросетями натянула соперников в Го. Оппоненты вынуждены были искать новые методы, и таки обнаружили инструмент тотального превосходства: квантовые вычисления.
Можно ли использовать Квантовые Вычисления для игр? Легко. Покажем для примера, что игра «охотник на лис» может быть «решена» за 6 ходов. Ради правдоподобности ограничимся 15 кубитами (онлайн-редактор quirk больше пятнадцати не эмулирует), ради простоты проигнорируем ограничения архитектуры процессора и коррекцию ошибок.
Что отличает квантовый компьютер Microsoft от конкурентов?
Что важно, Microsoft интересуется созданием не просто квантового компьютера, который можно будет показать где-нибудь в лаборатории. Компания занимается разработкой топологического кубита (элемент хранения информации), который более стабилен обычного квантового бита. Проблема в том, что кубиты довольно хрупки и могут легко разрушиться. Сейчас с ними можно работать только находясь в специально созданном самом холодном месте на Земле, где температуру опустили почти до абсолютного нуля. Конечной целью является создание оборудования, которое можно будет запустить в любой точке мира. Это одна из основных причин, почему мы не увидим квантовый компьютер в ближайшее время.
Компания трудится над квантовым компьютером уже несколько десятилетий. В 1997 к ее исследовательской группе присоединился Майкл Фридман (Michael Freedman), который и руководит процессом. Это выдающийся математик, который не считал свою работу на самом деле настоящей работой, ведь она заключалась в том, чтобы просто продолжать заниматься математикой без каких-либо ограничений. И, по-прежнему, он не стремится решать глобальные проблемы человечества, а лишь поскорее хочет запустить первый настоящий квантовый компьютер — это его настоящая мотивация.
В той же области трудятся другие известные компании. Среди них Intel, NASA, IBM и Google. Последняя даже утверждала несколько лет назад, что их чип D-Wave работает в миллионы раз быстрее обычного компьютера, а доказано якобы это было с помощью специально спроектированной задачи. Однако сами разработчики признались, что того же результата можно было добиться оптимизировав нынешнее оборудование. Если же Microsoft добьётся успеха с топологическими кубитами, то разом обойдет всех конкурентов.
Майкл Фридман Майкл Фридман
Для чего мы будем использовать квантовые компьютеры?
Уже сегодня есть некоторые планы и предположения, но наиболее интересные направления для использования кубитов, вероятно, станут известны, когда квантовые компьютеры получат широкое распространение.
Одним из самых популярных способов и наиболее обсуждаемых в отношении квантовых вычислений является криптография. Это метод передачи информации очень безопасен, и безопасность основана не на вычислительных трудностях, а на законах физики, которые гласят, что некоторые вещи просто невозможны.
Безопасность в этом случае гарантируется самими физическими свойствами кубитов, которые, как объяснялось ранее, перестают проявлять особенности суперпозиции, как только получен результат. Таким образом, любая попытка перехватить или даже скопировать закодированное сообщение просто уничтожит его.
Квантовые компьютеры также могут позволить нам лучше понять природные процессы. «Хаос» суперпозиции гораздо лучше отражает, например, мутации в ДНК, и, следовательно, развитие болезней и эволюции. Квантовые вычисления уже используются для создания новых лекарств.
Одно из интересных квантовых приложений – телепортировать информацию с места на место без физической передачи. Это звучит как фантастика, хотя это возможно, потому что квантовые частицы могут запутываться во времени и пространстве, так что изменение одной частицы может повлиять на другую, и это создает канал для «телепортации информации». Это уже было продемонстрировано в лабораториях, и это может стать частью квантового Интернета будущего.
И это только одна из великих идей того, что можно сделать с помощью квантовой физики. Но, сначала нам нужно укротить её капризный характер.
Квантовый компьютер Google qCraft научит геймеров наукам
В лаборатории Google придумали оригинальный способ заинтересовать детей в изучении будущего квантовых компьютеров и разработали программный пакет, который вводит ряд понятий из квантовой физики в популярную ныне среди многих геймеров, в том числе детей, компьютерную игру Minecraft.
На сегодняшний день квантовые компьютеры по большому счёту остаются в разряде гипотетических устройств, для должного развития которых ученым еще необходимо сделать очень многое.
Однако ограниченные квантовые компьютеры (до 512 кубитов) уже построены. По данным исследований, они справляются со своими задачами в 3600 раз быстрее, чем обычный компьютер.
Производителем квантовых процессоров «Vesuvius» является канадская компания D-Wave, продукцию которой уже приобрели компания Lockheed Martin и американское космическое агентство NASA совместно с компанией Google.
Но даже несмотря на имеющиеся определённые успешные результаты, полученные учёными за последние годы, полноценно рабочие компьютерные системы подобной архитектуры появятся ещё далеко не скоро.
Однако компании, имеющие даже такие «малопроизводительные» компьютеры, уже ищут им практическое применение.
Так, компания Lockheed Martin в начале года запустила в работу уникальный проект «Qcloud» — первый квантовый компьютер, подключенный к Интернету, доступ к которому сможет получить каждый желающий.
«Квантовый компьютер может выполнить некоторые типы расчетов гораздо быстрее обычных компьютеров. Но, как и обычный компьютер, его также необходимо программировать. Несмотря на разработку квантовых алгоритмов и специализированного языка программирования, сейчас в мире имеется лишь малая горстка квалифицированных специалистов, способных на это», — рассказывает Джереми О’Брайен (Jeremy O’Brien), исследователь из университета Бристоля, занимающийся областью квантовых вычислений.
Компьютер Qcloud разработан для реализации технологий облачных квантовых вычислений. Благодаря чему в ближайшем будущем, по мнению разработчиков, любой желающий с помощью любого веб-браузера сможет подключиться к этому компьютеру и попробовать попользоваться базовыми алгоритмами квантовых вычислений.
«Используя нашу систему, вы сможете сидеть в автобусе и с помощью мобильного телефона проводить эксперимент в области квантовой оптики, который до вас, вероятно, еще никогда не проводился» — говорит Питер Шэдболт (Peter Shadbolt) — член исследовательской команды из Бристоля.
Правда, пока непонятно, зачем и как обычный человек сможет использовать алгоритмы квантовых вычислений и возможности квантового чипа Qcloud, возможности которого, имеющего всего два квантовых бита, к тому же слишком уж ограничены.
«Этот чип не может вычислить ничего, с чем бы не мог справиться обычный достаточно мощный компьютер», — рассказывает Джереми О’Брайен. — «Наша группа сейчас занимается разработкой более сложных квантовых вычислительных систем, в составе которых насчитывается 6 и 8 кубитов. Но мы рады, что и более старой нашей технологии найдется крайне полезное применение, мы надеемся, что это поможет вырастить квалифицированных специалистов, которые будут в состоянии совладать и со сложными системами».
Иное применение своему квантовому компьютеру нашла компания Google, которая запустила у себя Квантовую лабораторию искусственного интеллекта (Quantum Artificial Intelligence Lab) еще в мае этого года, основанную также на оборудовании компании D-Wave.
Проект Google своей целью имеет исследование возможностей квантовой компьютерной архитектуры и исследование космоса.
В распоряжении лаборатории находится квантовый компьютер, оперирующий 512 кубитами. Данный компьютер занимался также вполне практической работой — оптимизацией сенсоров Google Glass, отвечающих за распознавание морганий человека. То есть эта функция, к примеру, позволяет сделать фото без голосовой команды, всего лишь моргнув.
Однако для оптимальной работы этой системы, как сообщает ixbt.com, необходимо исключить ложные срабатывания в случае, если система примет за команду обычные естественные моргания человека.
Теперь же компания Google решила пойти еще дальше в плане популяризации направления развития квантового компьютеростроения, сообщает slate.com.
Вот что говорят представители лаборатории Google по поводу своего проекта:
«Миллионы детей тратят многие часы, играя в Minecraft, в которой теперь будет ставиться целью не только рытье пещер и сражение с монстрами, но создание сборочных линий, космических кораблей и программируемых компьютеров. Нужно использовать все во имя экспериментов и открытий», — считают разработчики.
Задумавшись над тем, каким образом привлечь внимание умных и творческих детей к увлеченному изучению квантовой физики, представители Google придумали совместно с их партнерами в MinecraftEdu института Caltech следующую идею: программный пакет Minecraft ModPack было решено назвать «qCraft». Он будет встроен в игру и позволит игрокам экспериментировать в качестве автора на квантовом уровне с поведением мира внутри игры: воздействовать на новые блоки на самом мельчайшем их уровне, изменять структуру и наблюдать зависимости таких изменений в их более масштабных последствиях.
В контексте игры, это, очевидно, означает, что игрок может построить, к примеру, скромную хижину, которая после ее мельчайших изменений на квантовом уровне превращается в каменный замок. Либо когда от решения игрока зависит появится ли, скажем, лестница в том или ином месте, которая может абсолютно случайно оказаться там в любой момент времени.
Также игроки могут для усложнения квантовой запутанности организовывать пары квантовых компьютеров, телепортировать вещи.
«Лучше положите побольше льда рядом с ребенком, играющим в эту игру, чтобы он, увлекшись, не «закипел» случайно», — шутят разработчики.
Хотя в самой Google признаются, что это не фактическое применение квантовой физики на практике. Однако это один из способов привлечения внимания к изучению этого раздела науки, пусть пока и в слишком упрощенном виде.
Однако, как считают в Google, это поможет детям перенести аналогию на некоторые из общих мыслительных процессов жизни, расширит их кругозор и возможно заложит потенциал для дальнейшего изучения ими квантовой физики.
IBM использует квантовые компьютеры
В АйБиэМ продемонстрировали возможность и преимущества практического использования квантовых компьютеров для генерации игровых уровней в таких играх, как Майнкрафт.
На первый взгляд это всего лишь множество фактур с низким разрешением на пустынном острове. На расстоянии из моря торчат десятки зубчатых пород. Для всех, кто играл в Minecraft, виртуальный пейзаж выглядит вполне привычно, но в этом случае он был разработан квантовым компьютером. Хотя, внешне такой пейзаж ничем не отличается от полученного традиционным способом, но на самом деле дело не в этом. Это технологическое решение фирмы IBM, которое показывает, как квантовые компьютеры могут генерировать сцены, уровни или даже полные видеоигры, которые будут лучше, чем имеются у нас сегодня. Основные строительные блоки квантового компьютера известны как кубиты. Они сохраняют состояние и могут
использоваться для выполнения вычислений. И хотя физические свойства обычного компьютерного бита можно точно зафиксировать, кубиты имеют элемент случайности.
Для строительства острова IBM извлекает эту случайность и преобразует её в карту высоты — по сути топографическую карту всех высоких и низких точек в местности игры. Деревья и другие элементы могут быть построены таким же образом, и генерация всего острова занимает около минуты.
Джеймс Робин Вутон (James Robin Wootton), член команды IBM, говорит, что человеческий глаз может оценить эту случайность через насыщенность рельефа местности. Случайные функции часто используются в видеоиграх для создания игровых сцен, но эти функции следуют определенным алгоритмам, которые легко распознать, если вы знаете, что вы ищете, говорит Вутон. Использование квантовых компьютеров может сделать эти случайные элементы более случайными. Остальная часть игры — от способа визуализации графики до того, как игроки могут передвигаться — управляется обычным, или классическим, компьютером.
В дальнейшем квантовые компьютеры также могут использоваться для генерации частей игр. Например, если игрокам приходится решать головоломку в игре, то она, как правило, создается вручную. Квантовый компьютер может автоматизировать этот процесс путем поиска огромного количества возможных конфигураций головоломок и выбора тех, которые на самом деле решаемы, говорит Вуттон.
Он и его коллеги хотели бы в ближайшие пару лет объединиться с коммерческой игровой студией и использовать квантовый компьютер, чтобы помочь генерировать части игры.
«Хотя «генератор квантового уровня» звучит невероятно футуристично и круто, может пройти некоторое время, прежде чем мы увидим его влияние на развитие игры», — говорит Майк Кук из Лондонского университета королевы Марии. Он говорит, что разработчики игр часто предпочитают использовать менее продвинутые технологии, потому что с ними легче работать, чем с более сложными, которые теоретически могут дать лучшие результаты.
Квантовый компьютер не впервые используется в видеоиграх. В 2017 году Вуттон и его коллеги построили версию игры Battlesides, которая работала на квантовом компьютере.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news — это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
