Историята на игрите за квантовите компютри

Когато започнах тази статия, мина повече от година от създаването на първата в историята квантова компютърна игра. Беше време да напиша историята им досега, така че направих това.

До юни 2019 г. след това продължавах да се актуализирам с всички нови неща, които се случват с квантовите и игрите. Ще намерите тяхната история по-долу.

Март 2017г

Това започна в отминалата епоха на 2017 г., човек имаше идея: Да направи игра за квантов компютър.

Това не би било игра, която работи изключително на квантов компютър. Както при всеки квантов алгоритъм, нормален компютър ще трябва да бъде силно ангажиран. Това би била игра, за която има някаква нетривиална част, която работи на квантов компютър, само за да се види дали може да се направи.

Хардуерът не би бил проблем: IBM беше предоставил това чрез IBM Q Experience. Софтуерът също беше там: Project Q, квантов SDK, способен да изпълнява задачи на устройствата на IBM, наскоро беше пуснат. Всичко, което беше необходимо, беше игра.

Избраната игра беше Rock-Paper-Scissors. Той е пригоден да отговаря на силите на кубитите и е направена първата квантова игра. Наричаше се Cat-Box-ножици.

Не беше много добре, честно казано. Просто прост първи експеримент. Малко повече от генератор на произволни числа с история. Квантовите компютри заслужават нещо по-добро.

И така, само малко по-късно, се появи първата мултиплейър игра, направена с квантов компютър. С техники, използвани веднъж за изследване на основните свойства на Вселената, тази игра би играла Бойни кораби.

Април 2017г

Тези първи квантови компютърни игри бяха прости примери, ограничени до командния ред. Те се пуснаха на квантовия процесор в реално време, което означаваше чакане в опашката за работа. За съжаление, чакането на фрагменти от текст е идеята на малцина за забавление.

Какво ще кажете за игра, базирана на вече съществуващи данни? Квантовият компютър може да генерира всичко необходимо предварително, позволявайки на играта да работи по бързия и отзивчив начин, който всички очакваме от съвременните програми.

От тази идея произлиза Quantum Solitaire, който беше изложен в Fantasy Basel (швейцарският отговор на Comic Con).

Май 2017г

Май донесе две квантови игри. Единият, направен със същата философия на Quantum Solitaire, работещ върху вече съществуващи данни. Той е бил вдъхновен от Хънт Въмпус, ранен гъсеник в тъмницата. Това беше Hunt the Quantpus.

Той донесе и нова версия на Battleships. Това беше поредната игра, която да стартира в реално време. Но вместо да използва Project Q за обработка на софтуера, както преди, използва QISKit: новоизлезната родна SDK за техния хардуер.

Това беше първата квантова игра в реално време, която се провеждаше за няколко рунда. Като такъв, той беше първият, който надхвърли просто като фантастичен генератор на случайни числа. Той също е създаден с благородна цел: Да помогне на хората да научат квантово програмиране.

Поради повишената му изтънченост, всички предишни игри бяха сведени до просто експерименти. Бойните кораби с частични порти НЕ бяха истинската първа квантова компютърна игра.

Май 2017 г. също е забележителен за това, че е месецът, в който IBM обяви своя 16-кубитов процесор. Подобно на всички квантови процесори, базирани на облак, той беше предназначен за един ден да играе игри.

Юни 2017г

Всяка игра досега е проектирана само от един човек. Мене!

През юни 2017 г. това се промени. Rigetti, стартиращ квантово изчисляване, пусна своя собствена квантова SDK. В същото време те направиха и проста игра, насочена към осигуряване на малка демонстрация на квантовите изчисления. Вижте на уебсайта им тук.

Той не се счита строго за квантова игра, тъй като използва симулиран квантов компютър, а не истински. Но Rigetti имат хардуера и софтуера, за да го внедрят на истинско устройство, така че със сигурност заслужава споменаване.

Подобна проста демонстрация направи и IBM през март 2017 г. (виж тук). Въпреки че този може би не се счита за игра и никога не твърди, че е такъв, той също заслужава споменаване.

Все още разработвах свои собствени квантови игри, разбира се. Юни донесе ново влизане в дългосрочния франчайз Quantum Battleships. Като допълнителен урок в квантовото програмиране дойдоха Биткойн с допълнителни измервания.

Юни имаше и събитието BlueYard Quantum Leap: среща на изследователи, стартъпи, инвеститори и журналисти, всички заинтересовани от квантовите изчисления. Успях да размахвам билет като човекът, който прави квантови игри. Там проведох разговор с Уил Зенг от Rigetti за Spacewar !, една от първите игри за нормални компютри. Говорих и с Алън Хо от Google за някои мисли, които имах по предложението им за „квантово надмощие“, и с Джери Чоу от IBM относно 16-кубитното им устройство. Тези разговори продължиха, за да вдъхновят част от онова, което трябваше да се случи през август.

Юли 2017г

През юли бе добавен раздел към урока за квантовата SDK за QISKit. Беше обещано за известно време, но през този месец той най-накрая бе основан с тетрадка за „Проблемът с квантовите фалшиви монети“.

Това всъщност не е игра в стандартния смисъл. Това е нещо, което можете да изучавате с теорията на игрите, но всъщност не нещо, което играете. Това важи и за друго ранно попълнение към този раздел: Квантовите магически квадрати (оттогава е преместено другаде в урока).

Въпреки това, този раздел на урока е предназначен да съдържа игри, които могат да се играят също. Съответно, той скоро се превърна в дом на бойни кораби с частични НЕ порти.

Август 2017г

Още през юли 2016 г. куп предимно Google публикуваха документ. Беше план за това как да се докаже това, което наричат ​​„квантово надмощие“: че при някои задачи квантовите компютри могат да бъдат по-добри от нормалните.

Евентуалната демонстрация на това вероятно няма да бъде полезна задача. Това ще бъде за нещо доста абстрактно, нещо, което е силно предубедено в полза на квантовия претендент. Ще отнеме и десетилетие или около това, след като се появят първите твърдения за "надмощие" за истинските квантови компютри.

Независимо от това, колкото по-интересна можем да направим задачата, толкова по-интересен ще бъде резултатът. Колкото по-релативно си свършим задачата, толкова по-разбираем ще бъде резултатът. Така че нека го превърнем в игра!

Това беше идеята, която за пръв път имах в началото на 2017 г. Бавно се развива през първата половина на годината и почти се изоставя. Но разговорите, които проведох на събитието в BlueYard през юни, фокусираха мисленето ми.

През август се появи. Квантово надмощие в игрова форма: Квантова страховитост.

Като Spacewar! преди него, това беше игрови дизайн, за да се използва хардуера до неговите граници. Той би могъл да осигури контекст за резултат от надмощие. Той също така ще предостави данни за сравнително измерване на устройства, твърде малки или шумни за надмощие.

В тази игра размерът и свързаността на квантовия процесор са представени в относимата форма на пъзел. Несъвършенствата и шумът се увеличиха трудностите. С тази игра играчите от всякакъв произход могат да започнат да разбират какви всъщност представляват настоящите устройства.

Първата версия беше хардуерна за конкретно устройство: 16-кубитов процесор на IBM. Именно там получихме първите резултати.

Август също беше голям месец за бойни кораби с частични порти НЕ. Той стана част от раздела за уроци на QISKit за игри, създаден през юли.

Създадена е и версия, адаптирана да бъде малко по-възпроизвеждана, като на играчите е даден текст за четене, докато чакат на опашката. Преглед на това беше записан и пуснат в YouTube. Макар и предназначен само за нещо, което да бъде показано на няколко души (и така направено без разказ или фонова музика), той е бил разглеждан от няколко хиляди смели души.

Причината за тази по-игрална версия беше да бъде част от събитие в Орхус. Това беше домакин на ScienceAtHome, които правят страхотни игри за квантовите компютри.

Тогава август завърши с първата беседа на конференцията относно игри, работещи на квантови компютри. Това се случи на Gamescom в Кьолн, един от най-големите търговски панаири в света за игри.

Септември / октомври 2017 г.

Есенните месеци на 2017 г. бяха спокойно време за усилията ми към квантовите игри. Бих искал да кажа, че беше защото бях заета със сериозни научни неща. Но това би било частично вярно. Направих и суперпозиция от емотикони като квантова версия на Hello World.

За другите обаче не беше толкова тихо. Група хора от университета в Оснабрюк направиха игра за клас за сравнително машинно обучение. Това не е имало само квантови изчисления, но и невроморфни изчисления!

Ноември / декември 2017г

Quantum Awesomeness е проектиран така, че всяко устройство да може да го възпроизвежда. Без значение каква архитектура, или размер, или свързаност. Докато имате куп кубити, можете да играете на Quantum Awesomeness на тях.

Въпреки че това беше теорията, на практика софтуерът поддържаше само 16-кубитно устройство на IBM. Време беше да разширим мрежата.

В края на ноември бе извършен малко основен ремонт на GitHub. Сега той може да играе на току-що обновеното 16-кубитно IBM устройство. Може да играе и на техните 5 кубитни устройства. Във всеки случай той използва QISKit SDK на IBM.

Друга голяма промяна беше да се включи подкрепа за Project Q, който беше пренебрегван от разработването на квантови игри от няколко месеца. Поддръжката на Forest от Rigetti скоро беше добавена, вдъхновена от обявяването им за 19-кубитов процесор. Quantum Awesomeness беше сред първите в опашката, пуснати на това ново устройство, като първите данни бяха дошли точно преди Коледа

Всички събрани досега данни (от 3 IBM устройства и 1 Rigetti устройство) бяха поставени на GitHub. Това позволи на играчите да играят игри Quantum Awesomeness от всички тези квантови процесори, без да е необходим пряк достъп. Ако някой се запита дали 19 кубита на Rigetti са по-добри от 16-те на IBM, той може да разбере за себе си. Само като играеш игра.

Януари / февруари 2018г

Quantum Awesomeness продължи и през 2018 г. Проектът се подобри и беше използван като основа за статии за обяснение на настоящото състояние на квантовите изчисления. Това включва текстово базирани „Играйме“ игри, които се изпълняват на различни устройства.

В края на февруари най-накрая стана възможно играта да се играе в браузър. Не се изискват повече репозиции за клониране или конфигуриране на Юпитер.

Тези месеци представиха и първата нова игра от известно време, макар че технически е по-скоро геймифициран урок. Чрез измисляне на пъзели, играчът може да получи първия си вкус на квантовите изчисления.

Самият урок работи на нормален компютър. Но това не свършва! Програмата има допълнителни режими, които позволяват програми да се пишат и след това да се стартират на реално устройство. Така че става въпрос само за игра, която работи на квантов компютър, въпреки че нито заявките за „игра“, нито за „квантов компютър“ са много силни.

Март 2018г

През март Microsoft и университетът в Бристол се обединиха за еднодневен Quantum Games Ideathon. Печелившият екип бързо определи кой е може би най-предизвикателният аспект на квантовите игри:

Смятаме за разумно просто да измислим концепция, която или: (а) изглеждаше забавна и ангажираща; или (б) вярно представена в основата на квантовата механика; но не и двете.

В крайна сметка те излязоха с Cats: Quantum Supremacy, A Worms като игра с квантово вдъхновени оръжия.

Не е ясно дали игрите за това събитие са използвали Q #, SDK на Microsoft за изграждане на квантови програми. Със сигурност не би работил на истински квантов хардуер, тъй като в момента няма прикачен към Q #. Независимо от това, събитието заслужава споменаване в тази история на квантовите игри.

Краят на март бе и крайният срок за наградата на IBM Teach Me QISKit. Той предизвика участниците да създадат интересни тетрадки на Юпитер, за да помогнат на другите да научат основите на квантовото програмиране. Победителят, симулация на модела на Изинг, беше отличен пример за използване на квантови компютри за научни цели. Но друг участник беше проста игра, базирана на екзотичните свойства на квантовите корелации.

Април 2018г

На 6 и 7 април Rigetti проведе първия в света квантов хакатон. Или поне първият, който позволява да се пускат програми на истински квантов хардуер. Имаше участници от широк диапазон, правейки всякакви проекти. Два отбора дори направиха игри. Едно направих от мен и моите съотборници, Джонатан Дюбуа и М. Сохайб Алам. Наричаше се Връзка към кванта.

Частта, направена от Sohaib, беше изпълнение на играта на Майер Пени: битка между капитан Пикар и Q, където квантов компютър променя напълно резултата. По-късно играта е включена в документацията за квантовия SDK на Rigetti.

Също от хакатона получихме забавна мобилна игра, направена от екип със собствения Уинг Зенг на Rigetti.

Май 2018г

От лятото на 2017 г. работех над игра в сътрудничество с IBM Research. Идеята да оставим хората да създават работни места, за да работят на реални устройства, и да го правят чрез мобилна игра. В крайна сметка създадохме пъзелна игра, за да дадем на хората първата си задача по квантово програмиране: Hello Quantum. Една версия е насочена към случайни геймъри и се пуска на мобилни устройства.

Въпреки че изобщо не работи на квантови компютри, той цели да настрои играчите да създават свои собствени програми на IBM Q Experience. И осигурява всичко необходимо за възпроизвеждане на пъзелите и решенията на реално устройство.

Пуснахме и подобрена версия на варианта на командния ред на играта, която споменах по-горе през януари / февруари.

Юни 2018г

Quantum Awesomeness отдавна е игра, в която хората могат да играят. Но тя все още не беше представена като наука. Беше време да напиша статия за това.

Това беше написано като проучване как квантовите програми, управлявани от играта, могат да ни помогнат да разберем и сравним прототипните квантови устройства. Беше направено малко позоваване на неговата природа като игра.

Една от точките за продажба на статията е, че тя обхваща всички квантови процесори, достъпни за обществеността. Тогава, точно когато слагах финалните щрихи, Rigetti отиде и пусна ново устройство. Този път е 8 кубита.

За щастие, те ме оставиха да продължа доста бързо. Така Quantum Awesomeness добави ново устройство към своя списък.

Юли 2018г

Коя е най-добрата платформа за игра на игри? Компютър или конзола? Playstation или Xbox? Какво ще кажете за нещо различно: възможностите за тестване на единици на SDK?

Това е, което Microsoft направи, за да помогне на хората да се научат да програмират квантови компютри с техния Q # език. Първите четири предизвикателства, известни като Quantum Katas, бяха онлайн през този месец.

Отново това е пример за нещо, което всъщност не работи на квантов компютър. Но тъй като програмите, които пишете, със сигурност биха могли да работят на истински квантови компютри (и тъй като нямаме какво да говорим за този месец), заслужава да се спомене.

Август 2018г

Този месец имаше две игри, направени в конфитюри за игра. Единият беше от мен за сладкото от лудум Dare. Опитах се да използвам квантови разходки, за да направя още една игра, вдъхновена от Hunt the Wumpus. Това всъщност не беше много, но можете да го намерите тук.

По-добра и красива игра направи Десире Фогт-Лий (която също поддържа страхотен списък с ресурси за изучаване на квантовите). Нарича се Quantum Cat-sweeper и се основава на Миночистач (както може би се досещате!). Работи на симулатор или на 5-кубитно IBM устройство.

Септември 2018 г.

В началото на този месец имах работа, работеща за IBM Research. Един от моите съотборници от хакатона на Rigetti, Sohaib Alam, започна работа в Rigetti по същото време. Дизайнът на квантовите игри изглежда е кариера с по-добри перспективи от нормалния дизайн на играта!

Октомври 2018г

Версията на командния ред на Hello Quantum получи добри отзиви от малкото хора, които я намериха. Това беше въпреки доста рудиментарната и грозна форма. Беше време да го направим по-добър, красив и си струва да се сложи в папката с игри на урока Qiskit.

Резултатът се нарича Hello Qiskit, защото той гамифицира процеса на създаване на първите ви квантови програми в Qiskit. Бихте могли да управлявате цялата работа на истински квантов компютър, но това вероятно не би било най-добрата идея. Използвайте симулатора до самия край, където можете да преминете към истинско устройство, за да осигурите уникалния характер на квантовите променливи.

Ноември 2018г

Този месец донесе още една глава в страхотната сага за Quantum Awesomeness: Повторно изпълнение само в Qiskit, предназначена да живее в папката с игри на урока Qiskit. Също така, още един пост тук в Medium за тази игра, от която досега всички трябва да са болни!

Декември 2018г

Бавен месец в историята на квантовите игри. Макар че присъствах на една интересна беседа на Еверт ван Ньовенбург. Той разказа за своята работа по използването на армировъчното обучение, за да определи как да коригира грешките в квантов компютър. По същество третиране на квантовата корекция на грешки като игра и обучение на компютър как да играе.

Той също е направил Quantum TicTacToe. Друга квантова вдъхновена игра, а не тази, която работи на квантов компютър. Но такъв, който може да бъде пренесен в бъдеще.

Януари / февруари 2019 г.

В средата на февруари 2019 г. беше първото засядане на игра с помощта на квантови компютри.

Това беше сътрудничество между университетите в Аалто и Турку, а също и IBM Research. Участници (включително дизайнерът на Angry Birds), където бяха предизвикани да излязат с игра, използваща един от двата предлагани квантови ресурса: симулатор, направен от екипа в Turku или Qiskit от IBM.

Много може да се каже за това сладко, но вече го казах другаде.

През януари бях зает с подготовката на ресурси, които хората да използват в конфитюра за игра. Взех всеки творчески проект, който се появи на уроците по Qiskit, и го превърнах в инструмент, който лесно може да се използва повторно от чукарите.

Февруари 2019г

Първият лагер Qiskit се случи.

От това се появиха две игри. Единият беше квантова версия на Pong, която продължи да се показва в канала Qiskit YouTube.

Другият беше квантова версия на Flappy Bird. С участието на котка, разбира се.

Друг важен проект бе победителят в наградата за избор на общността: Purple Qubits. Това беше направено в Unity и така екипът разработи плъгин Unity за Qiskit.

Март 2019г

Този месец приключи TicTacQ, игра, която съществува от юли 2018 година.

Той е създаден от Мади Тод, някой, който се натъкна на квантове, докато работи като стажант за IBM. Това е Tic-Tac-Toe, в който играете срещу квантов алгоритъм. Този паралел е една от най-ранните игри за класически компютър, сега известен като OXO.

Също така през този месец участвах в Pyweek: седмично сладко от игра. Направих художествена играчка, която използваше квантови изчисления за манипулиране на изображения

Направих и урок за това как работи, който сега живее тук.

Април 2019 г.

Направих проект, в който терен за игри може да се генерира с квантови компютри, надграждайки горните техники, разработени за манипулиране на изображения. Пълно обяснение можете да намерите по-долу.

Ранен опит да вкарам този терен в игра също беше направен като част от моя проект за Ludum Dare 44.

Май 2019г

Това беше месецът на хакатона Qiskit в Мадрид.

Имаше игра, направена да научи играчите на квантовата криптография.

Имаше и квантова версия на Connect 4, в която играчът трябва да играе срещу квантов алгоритъм.

Победителят в хакатона също беше игра в някакъв смисъл: тя се основаваше на Играта на живота на Конуей.

Ето пълно предаване на случилото се на събитието.

Юни 2019г

Този месец бе публикувана статия за правенето на квантови игри.

Това беше Крис Кантуел, дизайнерът на Quantum Chess. Ще оставя Стивън Хокинг и Антман да ви разкажат повече за тази игра.

Юли-август 2019г

През юли по време на конференцията Europython 2019 всеки участник получи малка игрова конзола, на която да може да програмира свои собствени игри. Идеята зад това 10 долара устройство, известно като PewPew, беше да предостави проста пясъчна кутия за хората, които се учат как да правят игри.

Затова си помислих: защо да не приложим това към квантовата?

Отговорът е, че Qiskit никога не би работил на толкова просто, базирано на микроконтролер устройство. Но не позволявам на неща като „факти“ или „разумност“ да ме възпират! Вместо това направих една малка версия на Qiskit, която ще работи на PewPew.

Тогава направих игра за него (или поне за емулатор, поне), за конфитюр на играта GMTK 2019. Това не беше много сложно, но беше начало.

Септември 2019г

Има много неща за разказване този месец. Най-вече заради Qiskit Camp Europe, който се проведе в Швейцария.

Шест игри, където са направени като част от този хакатон. Три от тях предприеха подхода да вземат съществуваща игра и след това дадоха на игровия механик квантово въртене.

  • Quantum Hold 'em (квантово завъртане на покера)
  • Д-р Кубит (квантово завъртане на д-р Марио)
  • Замръзнал Q (квантово завъртане на замразени мехурчета)

Още две бяха игри за квантовия PewPew.

  • PewPew Cube
  • Q Змия (квантово завъртане на Змия)

Последният прие идеята за процедурното генериране като негово потомство. Резултатът беше подобен на измамник

  • Q Rogue

Лагерът Qiskit беше и първият излет на аркадна машина, предварително заредена с квантови игри. По-конкретно, имаше Hello Quantum и QPong за участниците, на които да играят.

В същото време в лагера на Qiskit беше събитие, наречено Code4Kids в Сан Франциско. Това имаше семинар по квантови изчисления, използвайки нова игра, наречена Qiskit Blocks. Това се основава на Minetest, алтернатива с отворен код на Minecraft. Играта използва Qiskit за изпълнение на квантови схеми и учи играчите как да ги използват.

Също през септември стартира конкурс за направа на квантова игра!

И накрая, септември 2019 г. е, когато спра да актуализирам тази гигантска статия. Ще поправя грешки в печата и ще вмъквам връзки, но не повече. Глава 1 от историята на квантовите игри е затворена!

Бъдещето

Игрите за квантовите компютри започнаха като страничен проект от един човек. До септември 2019 г. се превърна в доста голям проект за много хора и често срещана тема за конфитюри и хакатони за игра. Започна нова ера, с много прекалено много време, за да бъде обхванато от един единствен подвижен пост в блога. Надявам се да оставите тази статия вдъхновена да направите сами някаква история.

Приложение: Квантова предистория на играта

Universe Splitter дебютира през 2009 г. Това е приложение за обръщане на монети, чиято уникалност идва от факта, че използва квантов източник на случайни числа. Това му позволява да се свърже с част от разказа около квантовата физика. По-конкретно, той се представя като начин за разделяне на Вселената винаги, когато искате да вземете решение.

Това не е игра, но има елементи на гейминг. И не работи на квантов компютър, но използва някакъв квантов хардуер. Така че това е категоричен предшественик на игри, работещи на квантови компютри, и вдъхновение да ни покаже какво може да се направи дори само с капка квант

През 2016 г. имаше цял куп проекти, съчетаващи квантове и игри или геймификация. За непълен списък вижте тази сесия от разговори за тях от началото на 2017 г., както и Квантовата игра с фотони. По-специално имаше квантов шах, както и моя собствен граждански научен проект: Decodoku.

Въпреки че 2016 г. донесе много квантова геймификация, само три проекта включваха истински устройства. Единият беше IBM Q Experience.

Не се плашете от тиквата. Това е просто реликва от смола на Хелоуин. Q Experience всъщност е не страшен начин за създаване на прости програми и пускането им на реални устройства. Той има графика и механик с плъзгане и пускане, които може да намерите в игра.

Друг беше експериментът с Алиса.

Тъй като беше проект на ScienceAtHome, той определено включваше геймифицирани елементи заедно с науката. Въпреки че хардуерът със сигурност е бил свързан с квантовите изчисления, това не е квантов компютър. Също така, по дизайн беше по-скоро анти-игра, отколкото игра!

Третият беше тестът за Голямата камбана.

Това използва човешки играчи, за да генерира случайност, която след това се използва в набор от истински квантови експерименти.

Нещо друго забележително също беше излязло от университета в Бристол преди няколко години.

Отново позволи достъп до реални устройства през облака. И отново имаше сравнително игра като интерфейс. Наред с експеримента с Alice и Q Experience, това беше ранен пример за предоставяне на общ достъп до авангардни квантови устройства. Да се ​​надяваме, че те са предшественици на много повече.