Ο κόσμος των κβαντικών βιντεοπαιχνιδιών είναι μεγάλος. Υπάρχουν εκατοντάδες τίτλοι που είτε αντλούν έμπνευση από την κβαντομηχανική είτε χρησιμοποιούν κβαντικούς υπολογιστές στην ανάπτυξή τους. Η αρθρογράφος Karmela Padavic-Callaghan εξετάζει πώς αυτά τα παιχνίδια θα μπορούσαν να αλλάξουν την κατανόησή μας για την κβαντική φυσική ή ακόμη και να μας βοηθήσουν να φτιάξουμε καλύτερες συσκευές.

Το Quantris είναι μια κβαντική εκδοχή του κλασικού παιχνιδιού Quantum Native.

Τα τούβλα συνεχίζουν να πέφτουν. Ένα ανοιχτοκίτρινο τετράγωνο προσγειώνεται άτσαλα πάνω σε ένα πράσινο μπλοκ σε σχήμα του γράμματος «z». Δίπλα τους στέκεται μια στήλη από μικρότερα τιρκουάζ μπλοκ. Όλοι ξέρουμε το Tetris και μάλλον μπορείτε να το φανταστείτε. Όμως κοντά υπάρχει ένα παράξενο μπλοκ, με λευκό περίγραμμα που μοιάζει να περικλείει μόνο κενό χώρο. Από τις οδηγίες του παιχνιδιού ξέρω ότι αυτό το σχήμα βρίσκεται σε κβαντική κατάσταση υπέρθεσης, ένα παράξενο μείγμα του να υπάρχει και να μην υπάρχει στην οθόνη του υπολογιστή μου. Μπορεί αυτό να με βοηθήσει; Για να το μάθω, πρέπει να το παρατηρήσω. Ένα μικρό μαύρο τετράγωνο με ένα μάτι πέφτει από τον ψηφιακό ουρανό και χτυπά το μπλοκ που είναι και εκεί και δεν είναι εκεί. Αφού παρατηρείται, εμφανίζεται, φέρνοντας τη στοίβα από τα μπλοκ επικίνδυνα κοντά στο να φτάσει στην οροφή. Υπήρχε ίση πιθανότητα η παρατήρηση να εξαφανίσει το μπλοκ, να το βρει τελικά ανύπαρκτο, αλλά ήμουν άτυχη. Άλλο ένα σχήμα πέφτει πάνω στον πύργο και το παιχνίδι τελειώνει. Έχασα στο Quantris, την κβαντική εκδοχή του Tetris. Ακόμη και η κβαντομηχανική δεν μπόρεσε να με σώσει από το ότι είμαι κακή στα βιντεοπαιχνίδια.

Εντυπωσιασμένοι μαθηματικοί από τη μεγαλύτερη μέχρι σήμερα ανακάλυψη της τεχνητής νοημοσύνης στα μαθηματικά

Είμαι καινούρια στα κβαντικά βιντεοπαιχνίδια, όμως έχουν μακρά ιστορία. Αν και η κβαντική φυσική και συναφή φαινόμενα εμφανίζονταν σε βιντεοπαιχνίδια ήδη από τη δεκαετία του 1980, η πραγματική αύξηση στον αριθμό των παιχνιδιών που βασίζονται στους νόμους της κβαντομηχανικής ή φτιάχνονται με κβαντικές συσκευές ήρθε μόνο αφού οι κβαντικοί υπολογιστές έγιναν προσβάσιμοι μέσω του cloud το 2016. Μετά από αυτό, εργαλεία όπως το κιτ ανάπτυξης κβαντικού λογισμικού της IBM κέρδισαν έδαφος, λέει η Laura Piispanen από το Πανεπιστήμιο Aalto στη Φινλανδία, που ερευνά τα κβαντικά παιχνίδια. Υπολογίζει σήμερα ότι ο αριθμός των κβαντικών παιχνιδιών πλησιάζει τα 400, πολλά από τα οποία αναπτύχθηκαν σε διήμερα Quantum Game Jam που γίνονται από το 2014.

Ένα από τα αγαπημένα της, με τίτλο Qubit the Barbarian, από την ομώνυμη ταινία του είδους sword-and-sorcery, αποτυπώνει το πνεύμα των πρώιμων κβαντικών παιχνιδιών με καθαρά vintage σχεδιασμό. Σε αυτό, ο παίκτης διασχίζει έναν λαβύρινθο φτιαγμένο από πλακίδια που αντιστοιχούν σε κβαντικές καταστάσεις. Ο παίκτης μπορεί να αξιοποιήσει τους νόμους της κβαντομηχανικής: η μέτρηση των ιδιοτήτων μιας κβαντικής κατάστασης αλλάζει ένα πλακίδιο, είτε για να ανοίξει νέα μονοπάτια είτε για να χτίσει νέους τοίχους στον λαβύρινθο.

Υπάρχει μια ισχυρή κοινότητα ερευνητών και παικτών που πιστεύει ότι τα κβαντικά βιντεοπαιχνίδια έχουν μέλλον. Ο συνδυασμός μου φαίνεται συναρπαστικός: μια νέα και σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητη τεχνολογία, ένας συχνά αντιδιαισθητικός κλάδος της φυσικής και η βαθιά ανθρώπινη δραστηριότητα του παιχνιδιού. Τι μπορεί να προκύψει από αυτό το μείγμα; Τι μπορούν να προσφέρουν οι κβαντικοί υπολογιστές στα παιχνίδια; Και μπορούν τα παιχνίδια να προσφέρουν κάτι στον κβαντικό υπολογισμό;

Για να είμαστε σαφείς, δεν μιλάμε κυρίως για παιχνίδια που τρέχουν απευθείας σε κβαντικούς υπολογιστές. Παρά τη ραγδαία πρόοδο των τελευταίων ετών, εξακολουθούν να είναι κυρίως πειραματικές συσκευές, που μόλις τώρα γίνονται αρκετά ισχυρές και αξιόπιστες ώστε να έχουν πιθανότητες να λύσουν αλλιώς ανεπίλυτα επιστημονικά προβλήματα. Δεν είναι όμως ούτε καθολικές υπολογιστικές μηχανές ούτε ξεκάθαρα χρήσιμες ακόμη. Στην πραγματικότητα, ακόμη και οι καλύτεροι κβαντικοί υπολογιστές, στην πιο αισιόδοξη εκδοχή του μέλλοντος, δύσκολα θα είναι συσκευές που θα χρησιμοποιούσαμε για να τρέχουμε οποιοδήποτε πρόγραμμα. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι θα ξεχωρίζουν μόνο σε ορισμένες, συγκεκριμένες εργασίες. Η εκτέλεση βιντεοπαιχνιδιών σε πραγματικό χρόνο, μέχρι στιγμής, δεν έχει αποδειχθεί μία από αυτές.

Παρόλα αυτά, το υλικό του κβαντικού υπολογισμού έχει ήδη χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη βιντεοπαιχνιδιών. Νωρίτερα φέτος, η Moth Quantum κυκλοφόρησε το Quantum Backrooms, ένα παιχνίδι τρόμου με επίπεδα που δημιουργήθηκαν από έναν κβαντικό υπολογιστή της IBM στη διάρκεια της ανάπτυξης. Είναι μια ανατριχιαστική περιπλάνηση σε ένα τοπίο από δωμάτια μέσα στο σύμπαν των Backrooms, ενός διαδικτυακού φαινομένου που εστιάζει σε απόκοσμους, οριακούς χώρους και πρόσφατα μεταφέρθηκε σε ταινία που έτυχε θερμής υποδοχής από τους κριτικούς. Ο James Wootton από τη Moth Quantum μού είπε ότι επειδή κάθε δωμάτιο αντιστοιχεί στην κβαντική κατάσταση διαφορετικού μέρους του κβαντικού υπολογιστή, όλο αυτό μοιάζει κάπως σαν να βρίσκεσαι παγιδευμένος μέσα στη συσκευή. Ως άνθρωπος που περνά πολύ χρόνο σκεπτόμενος τον εσωτερικό μηχανισμό των κβαντικών υπολογιστών, αυτό το συναίσθημα δεν μου είναι ξένο.

Αναρωτιόμενη αν αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να γίνει πιο mainstream, μίλησα με τον Julian Togelius από το New York University, που μελετά τη δημιουργικότητα, τα βιντεοπαιχνίδια και την τεχνητή νοημοσύνη. Σε ορισμένα παιχνίδια, λέει, ο παίκτης μπορεί να αλληλεπιδρά με το περιβάλλον τοπικά, χωρίς το αποτέλεσμα της πράξης του να εξαρτάται από τον υπόλοιπο κόσμο του παιχνιδιού. Το να γίνει ο κόσμος μέσα στο παιχνίδι πιο συνδεδεμένος και πιο ρεαλιστικός μπορεί να είναι δύσκολο, όμως ο Togelius λέει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους δημιουργούς να πάνε πέρα από τον τρόπο με τον οποίο αυτό αντιμετωπίζεται σήμερα. Όλα καταλήγουν σε ένα μαθηματικό πρόβλημα με πολλούς περιορισμούς και συνθήκες, εκεί όπου οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν ενδεχομένως να φανούν χρήσιμοι. Ωστόσο, ο Togelius μού επισήμανε επίσης ότι αυτή η ιδέα είναι πολύ πιο σύνθετη από ό,τι έχει γίνει μέχρι τώρα στα κβαντικά παιχνίδια, εν μέρει επειδή το υλικό του κβαντικού υπολογισμού παραμένει ακόμα ατελές και περιορισμένο.

Ακόμη και στην περίπτωση του Quantum Backrooms, η χρήση του κβαντικού στοιχείου περιορίζεται στην ανάπτυξη του παιχνιδιού. Ο παίκτης έρχεται αντιμέτωπος με το κβαντικό στοιχείο αφού ο κβαντικός υπολογιστής έχει απενεργοποιηθεί και έχει αναλάβει ένας συμβατικός υπολογιστής. Αυτό δεν σημαίνει ότι είναι αδύνατο να τρέχουν παιχνίδια απευθείας σε κβαντικούς υπολογιστές. Ο Wootton το έκανε όταν κωδικοποίησε μια κβαντική εκδοχή του πετρα, ψαλίδι, χαρτί σε έναν από τους πρώτους κβαντικούς υπολογιστές της IBM το 2017. Όμως προς το παρόν, πολλά κβαντικά παιχνίδια τρέχουν στην πραγματικότητα σε συμβατικούς υπολογιστές που λειτουργούν ως προσομοιωτές κβαντικών υπολογιστών.

«Αυτή τη στιγμή, όλα τα παιχνίδια μου τρέχουν ακόμα στους δικούς τους προσομοιωτές. Το υλικό δεν είναι ακόμη έτοιμο», λέει ο Chris Cantwell από την κβαντική εταιρεία παιχνιδιών Quantum Native, που δημιούργησε το Quantum Chess και αρκετά ακόμη παιχνίδια. Το 2020, ένας από τους κβαντικούς υπολογιστές της Google έτρεξε μερικούς γύρους του Quantum Chess, όμως ο Cantwell λέει ότι χρειάστηκε να ξαναγράψει πλήρως το αρχικό του πρόγραμμα για το παιχνίδι. Το κλειδί για να γίνει ένα παιχνίδι κβαντικό είναι να ενσωματωθούν κβαντικές λειτουργίες στο gameplay, αλλά αυτές θα πρέπει να βασίζονται στην κβαντικότητα του υλικού. Με αυτόν τον τρόπο, τα παιχνίδια ίσως κάποτε λειτουργήσουν και ως σημεία αναφοράς για την απόδοση ενός κβαντικού υπολογιστή, λέει ο Evert van Nieuwenburg από το Πανεπιστήμιο του Leiden στην Ολλανδία, που ανέπτυξε το Quantum TiqTaqToe, μια κβαντική εκδοχή του τρίλιζα.

Είναι οι χρήσιμοι και χωρίς λάθη κβαντικοί υπολογιστές μόλις δύο χρόνια μακριά;

Φέρνοντας το κβαντικό στοιχείο στο σαλόνι σας

Πολλά από αυτά τα κβαντικά παιχνίδια παίρνουν χαρακτηριστικά της κβαντικής φυσικής, όπως οι καταστάσεις υπέρθεσης και η κβαντική διεμπλοκή, και τα μετατρέπουν σε επιπλέον κινήσεις που μπορεί να κάνει ο παίκτης σε ένα κατά τα άλλα γνώριμο παιχνίδι. Ένα πιόνι στο Quantum Chess μπορεί να βρίσκεται σε υπέρθεση δύο θέσεων στη σκακιέρα, ενώ στο TiqTaqToe ο παίκτης μπορεί να διεμπλέξει πιόνια. Οι παίκτες δεν χρειάζεται να γνωρίζουν το βαθύ νόημα αυτών των φαινομένων για να τα χρησιμοποιήσουν· μπορούν απλώς να τα δοκιμάσουν, λέει ο van Nieuwenburg.

Η κβαντική φυσική είναι εν μέρει αντιδιαισθητική για πολλούς ανθρώπους όταν τη συναντούν για πρώτη φορά, επειδή η καθημερινότητά τους δεν περιλαμβάνει αλληλεπίδραση με κβαντικά φαινόμενα. Αυτά συνήθως περιορίζονται στον κόσμο των πολύ μικρών σωματιδίων και των εξαιρετικά ψυχρών αντικειμένων, όμως τα παιχνίδια ίσως μπορούν να το αλλάξουν αυτό. «Δεν θα το ξεχάσω ποτέ. Πήγαμε σε μια βραδιά επιστήμης [σε σχολείο] και υπήρχε μια ομάδα τριών παιδιών, πιθανότατα έξι ή επτά ετών. Έπαιζαν TiqTaqToe. Νομίζω πως στην αρχή δεν καταλάβαιναν ακριβώς τι έκαναν, αλλά μετά από ένα λεπτό ένα από τα παιδιά άρχισε να φωνάζει: “Ωχ όχι, με διεμπλέξατε!”», αφηγείται γελώντας ο van Nieuwenburg. Δεν χρειάζεται και πολλά για να εξοικειωθούν τα παιδιά με νέες λέξεις, ακόμη κι αν πρόκειται για ορολογία από τα εγχειρίδια της κβαντικής φυσικής. «Το οκτάχρονο παιδί μου προτιμά να παίζει Quantum Chess από το σκάκι, επειδή μπορεί να κάνει περισσότερα πιόνια. Δεν καταλαβαίνει καθόλου την κβαντική πλευρά… αλλά ο εγκέφαλός του αλληλεπιδρά με πραγματικά κβαντικά φαινόμενα», λέει ο Cantwell. Στη λίστα με όσα μπορούν να προσφέρουν τα παιχνίδια στην ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών, αυτό ίσως είναι το σημαντικότερο: τα παιδιά που παίζουν κβαντικά παιχνίδια μπορεί να γίνουν software developers που θα έχουν μεγαλώσει με την κβαντική λογική.

Θα μπορούσε το κβαντικό σκάκι να ξεπεράσει σε δημοτικότητα το παραδοσιακό παιχνίδι;

Σκέφτηκα τον μικρότερο αδερφό μου, που δεν έδειξε ποτέ ιδιαίτερο ενδιαφέρον για όσα μάθαινα στα μαθήματα φυσικής, αλλά ήταν διαρκώς κολλημένος σε μια παιχνιδομηχανή ή σε μια οθόνη υπολογιστή. Στοιχηματίζω ότι θα με ξεπερνούσε σε κάθε πρόκληση επίλυσης κβαντικών προβλημάτων, αν όλο αυτό παρουσιαζόταν απλώς ως τρόπος για να κερδίσει σε ένα βιντεοπαιχνίδι. Οι δυνατότητες για διάδοση της κβαντικής γνώσης είναι εξαιρετικές, λέει ο Spiros Michalakis από το California Institute of Technology, που εργάστηκε στο Quantris, το Quantum Chess και σε αρκετά ακόμη παιχνίδια.

Η ενασχόληση του Michalakis με τα κβαντικά παιχνίδια ξεκίνησε το 2014, όταν δημιούργησε μια κβαντική τροποποίηση για το δημοφιλές βιντεοπαιχνίδι Minecraft. Αυτό εξελίχθηκε σε ένα εντελώς νέο πεδίο έρευνας. «Αυτό με το οποίο προσπαθώ να ασχοληθώ εδώ και 12 και πλέον χρόνια δεν είναι απλώς να φτιάχνω παιχνίδια που έχουν κάποιο κβαντικό backend, αλλά παιχνίδια που κάποιος θέλει πραγματικά να παίξει, σωστά; Παιχνίδια με μηχανισμούς που επιτρέπουν σε κάποιον να πει: “Ουάου, μπορώ να παίρνω νέες στρατηγικές αποφάσεις στο παιχνίδι, με νέα εργαλεία, νέα όπλα, νέα σχέση με τους εχθρούς”», λέει. Αυτό είναι πολύ πιο δύσκολο πρόβλημα από το να δημιουργήσεις επίπεδα παιχνιδιού.

Μερικές φορές μπορείς να βρεις πολύ έξυπνες λύσεις, όπως αυτές που βασίζονται σε κβαντικές υπερθέσεις ή διεμπλοκή, και ο παίκτης να μην το καταλάβει καθόλου, εξηγεί ο Togelius. Είναι σαν να παίζεις ένα παιχνίδι όπου ο στόχος είναι να πυροβολείς εχθρούς· δεν έχει σημασία αν μπορούν να απαγγείλουν Σαίξπηρ, λέει. Η ευφυΐα, κβαντική ή μη, πρέπει να είναι ενδιαφέρουσα και χρήσιμη. «Το να φτιάξεις ένα παιχνίδι από μόνο του είναι κάπως εύκολο, αλλά το να φτιάξεις ένα παιχνίδι που θα απογειωθεί είναι εξαιρετικά δύσκολο», λέει. Προς το παρόν, είναι σκεπτικός για το αν ο κβαντικός υπολογισμός θα είναι το επόμενο μεγάλο πράγμα στα παιχνίδια.

Κατά κάποιον τρόπο, αυτό θυμίζει ευρύτερα την εξέλιξη των προγραμμάτων για κβαντικούς υπολογιστές: ο στόχος είναι πάντα να αξιοποιηθούν καθαρά κβαντικές λειτουργίες για να γίνει κάτι που αλλιώς θα ήταν αδύνατο ή δύσκολο, εξασφαλίζοντας ταυτόχρονα ότι αυτό που κάνεις έχει αξία. Είναι ένα δύσκολο εγχείρημα, αλλά τουλάχιστον με τα παιχνίδια μπορεί να είναι και πραγματικά διασκεδαστικό.

Η IBM παρουσίασε τσιπ-ρεκόρ με ένα τέχνασμα για να χωρέσει 100 δισεκατομμύρια τρανζίστορ.