Þróa skammtatölvu með tölvuleik

Sumir telja það örgustu tímaeyðslu að spila tölvuleiki en nú hefur hópur vísindamanna þróað leik sem getur hjálpað þeim við smíði skammtatölvu. Slík tæki myndu valda straumhvörfum í tölvutækni. Ottó Elíasson, doktorsnemi í eðlisfræði, segir fólk betra í að leysa skammtafræðilegt vandamál en tölvur. 

Skammtatölvur eru næsti heilagi kaleikur tölvunarfræðinnar en slíkar vélar myndu búa yfir margfaldri reiknigetu á við hefðbundnar tölvur. Í sem einföldustu máli byggir hugmyndin um skammtatölvur á lögmálum skammtafræðinnar eins og nafnið ber með sér. Helsta einkenni hennar er að eindir geta verið í fleiri en einu ástandi á sama tíma.

Hefðbundnar tölvur nota minniseiningar sem nefnast bitar sem geta haft gildið 0 eða 1. Í skammtatölvum gætu skammtabitar hins vegar haft bæði gildi á sama tíma. Reiknigeta tölvanna myndi þannig stóreflast og útreikningar sem taka ofurtölvur nútímans daga eða vikur að leysa væru afgreiddir á örskotsstundu.

Hópur við Árósarháskóla í Danmörku sem Ottó tilheyrir hefur undanfarin ár unnið að þróun skammtatölvu á rannsóknarstofu sinni. Vísindamennirnir nota atóm sem skammtabita og hreyfa þau til með leysigeisla. Til þess að fá tölvuna til að virka þurfa þeir að geta fært einstök atóm til með geislanum. Kerfið er hins vegar ákaflega viðkvæmt og því þarf að finna nákvæma lausn á því hversu hratt er hægt að láta geislann færa atómin á milli staða án þess að raska ástandi þeirra.

„Þetta er í raun sambærilegt við það ef þú hellir vatnsglasið þitt barmafullt og svo ætlum við að flytja það mjög snögglega á milli tveggja staða án þess að sulla nokkru út fyrir,“ segir Ottó.

Snýst bara um tilfinningu og æfingu

Meinið er hins vegar að vandamálið er ákaflega flókið og segir Ottó að menn myndu ætla að best væri að láta tölvu eftir að leysa það. Tölvur eigi hins vegar bágt með að leysa vandamál af þessu tagi því að til þess þarf að hafa ákveðna yfirsýn yfir hvernig hlutirnir þróist í öllu ferlinu.

Því datt prófessor hans við háskólann, Jacob Sherson, í hug að þróa tölvuleik fyrir snjalltæki sem lýsir skammtafræðilega vandamálinu sem við er að etja með nákvæmum hætti og beisla mannlegt innsæi. Hann fékk 300 manns til þess að spila leikinn 12.000 sinnum og í ljós kom að mannfólk var betra í að leysa vandamálið en tölvurnar. Grein um rannsóknina birtist í tímaritinu Nature í síðustu viku.

„Það kemur í ljós að fólk er hreinlega miklu betra í að gera þetta en tölvurnar geta nokkurn tímann verið með þessum hefðbundnu aðferðum sem við notum til að leysa svona vandamál,“ segir Ottó sem kom sjálfur ekki að greininni sem birtist í Nature.

Leikurinn nefnist Skammtahreyfingar (e. Quantum Moves). Spilarinn fær það hlutverk að færa atóm á mill tveggja staða en það birtist eins og vökvi sem slettist um í brunni. „Vökvinn“ endurspeglar bylgjueiginleika atómsins. Lausnirnar sem spilarinn notar til þess að færa vökvann úr einum brunni í annan eru skráðar og nýta Ottó og félagar þær við þróun skammtatölvunnar.

„Hvort að þú ert góður í þessum leik spyr ekkert um stétt né stöðu. Ég er sjálfur ekkert góður í honum þó að ég eigi að þekkja skammtafræði. Það hefur ekkert að gera með hvort þú ert góður í leiknum eða ekki. Þetta er bara spurning um tilfinningu og hversu oft þú spilar,“ segir Ottó.

Gætu orðið að veruleika eftir 20-30 ár

Til þess að fá fleiri til að spila leikinn var hann settur í smáforritanetverslanirnar App Store og Google Play í vikunni. Ottó segir að upphaflega hafi markmið hópsins verið að fá 50.000 spilanir fyrir lok þessa mánaðar. Það markmið var hækkað, fyrst í hálfa milljón og svo í milljón. Nú er heildarfjöldi spilana hins vegar kominn í um 2,8 milljónir.

„Fólk er í alvöru að leggja hönd á plóg með því að fara og sækja leikinn og spila hann. Við söfnum síðan þessum upplýsingum saman um hvernig það hreyfir músina og upplýsingar um hvernig er nú eiginlega í ósköpunum best að leysa þetta vandamál sem er nauðsynlegt skref í að smíða þessa skammtatölvu sem við erum að smíða,“ segir Ottó.

Ottó skýtur á að skammtatölvur geti verið orðnar að veruleika eftir um tuttugu til þrjátíu ár. Fyrirtæki eins og Google séu komin nokkuð vel á veg með að útbúa eitthvað sem getur talist skammtatölva. Skammtatölvur muni að líkindum taka við því hlutverki sem ofurtölvur nútímans gegna. Ottó sér fyrir sér að þær megi til dæmis nota við myndgreiningu sem skiptir miklu fyrir framþróun gervigreindar.

Þeir sem hugsa sér gott til glóðarinnar að komast yfir skammtatölvu til að láta Word eða tölvuleiki vera hraðvirkari geta þó gleymt því í bráð. Skammtatölvur þurfa sérhönnuð forrit.

„Forritin sem við hönnum inn á skammtatölvur þurfa að notfæra sér bókstaflega eiginleika skammtafræðinnar þannig að það þarf að skrifa þau með sérstökum hætti sem tekur tillit til þessara eiginleika sem geta gert útreikningana hraðvirkari,“ segir Ottó.

Heimasíða verkefnsins Science at home

Umfjöllun Nature um tölvuleikinn

Leikurinn á App Store

Leikurinn á Google Play

Búnaðurinn sem Ottó og félagar nota við tilraunir sínar til að smíða skammtatölvu. ljósmynd/Ottó Elíasson

Ottó Elíasson, doktorsnemi í eðlisfræði við Árósarháskóla.

• Blogga um frétt