هل يمكن لألعاب الفيديو أن تساعدنا على فهم ميكانيكا الكم بشكل أفضل؟

الكتل تستمر في السقوط. مربع أصفر شاحب يهبط بشكل غريب على كتلة خضراء على شكل الحرف “z”. وبجانبهم يقف عمود مصنوع من كتل أصغر حجما من الفيروز. لقد رأينا جميعا تتريس، ربما يمكنك تصويره. ولكن هناك كتلة غريبة في مكان قريب، ويبدو أن حدودها البيضاء تحصر المساحة الفارغة فقط. من تعليمات اللعبة أعرف أن هذا الشكل في حالة تراكب كمومي، وهو مزيج غريب من الموجود وغير الموجود في العالم على شاشة جهاز الكمبيوتر الخاص بي. هل يمكن أن يساعدني هذا؟ لمعرفة ذلك، لا بد لي من مراقبة ذلك. يسقط مربع أسود صغير عليه عين من سماء لعبة الفيديو ويضرب كتلة “هناك وليس هناك”. بعد أن تمت ملاحظته، يومض إلى الوجود، مما يجعل كومة الكتل الخاصة بي قريبة بشكل خطير من الاصطدام بالسقف. كانت هناك فرصة متساوية للملاحظة لإبادة الكتلة – لتجد أنها غير موجودة على أية حال – لكنني لم أكن محظوظًا. يهبط شكل آخر على البرج وتنتهي اللعبة. لقد فقدت في كوانتريسالنسخة الكمومية من تتريس. حتى ميكانيكا الكم لم تستطع أن تنقذني من أن أكون سيئًا في ألعاب الفيديو.

أنا جديد على ألعاب الفيديو الكمومية، لكن لها تاريخ طويل. في حين تمت الإشارة إلى فيزياء الكم والظواهر ذات الصلة في ألعاب الفيديو في وقت مبكر من الثمانينات، فقد شهدنا قفزة حقيقية في عدد الألعاب المستندة إلى قوانين ميكانيكا الكم أو المصنوعة باستخدام الأجهزة الكمومية فقط بعد أن أصبح الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر الكمومية من خلال السحابة في عام 2016. بعد ذلك، اكتسبت أدوات مثل مجموعة أدوات تطوير البرمجيات الكمومية من IBM قوة جذب، كما تقول لورا بيسبانن من جامعة آلتو في فنلندا، التي تبحث في مجال الكم. ألعاب. وتقدر حاليًا عدد الألعاب الكمومية بما يقرب من 400 لعبة، تم تطوير الكثير منها خلال أحداث Quantum Game Jam التي استمرت طوال عطلة نهاية الأسبوع والتي تم تشغيلها منذ عام 2014.

واحدة من المفضلة لها، ودعا كوبيت البربري بعد فيلم السيف والشعوذة الشهير، يجسد روح الألعاب الكمومية المبكرة بتصميم عتيق بالتأكيد. في هذه اللعبة، يجتاز اللاعب متاهة مصنوعة من البلاط الذي يتوافق مع الحالات الكمومية. يمكن للاعب الاستفادة من قوانين ميكانيكا الكم: قياس خصائص الحالة الكمومية يغير البلاط، إما لمسح مسارات جديدة أو بناء جدران جديدة في المتاهة.

هناك مجتمع قوي من الباحثين واللاعبين الذين يعتقدون أن ألعاب الفيديو الكمومية سيكون لها مستقبل دائم. أجد هذا المزيج رائعًا: تكنولوجيا جديدة لم يتم اختبارها إلى حد كبير، وفرع من الفيزياء غالبًا ما يكون غير بديهي، والنشاط البشري العميق المتمثل في ممارسة الألعاب. ماذا يمكن أن يخرج من هذا المشروب؟ ما الذي يمكن أن تفعله أجهزة الكمبيوتر الكمومية للألعاب؟ وهل يمكن للألعاب أن تفعل أي شيء للحوسبة الكمومية؟

لكي نكون واضحين، نحن لا نتحدث إلى حد كبير عن الألعاب التي يتم لعبها مباشرة على أجهزة الكمبيوتر الكمومية. وعلى الرغم من التقدم بوتيرة سريعة في السنوات الأخيرة، إلا أنها لا تزال في الغالب أجهزة تجريبية، وقد أصبحت الآن فقط قوية وموثوقة من الناحية الحسابية بما يكفي لتحظى بفرصة حل المشكلات العلمية المستعصية. لكنها ليست آلات حوسبة عالمية وليست مفيدة بشكل لا لبس فيه حتى الآن. في الواقع، حتى أفضل أجهزة الكمبيوتر الكمومية في النسخة الأكثر وردية للمستقبل من غير المرجح أن تكون أجهزة يمكنك استخدامها لتشغيل أي برنامج. وبدلاً من ذلك، يعتقد الباحثون أنهم لن يتفوقوا إلا في عدد قليل من المهام المحددة. لم يثبت حتى الآن أن تشغيل ألعاب الفيديو في الوقت الفعلي هو أحد هذه الأشياء.

ومع ذلك، فقد تم بالفعل استخدام أجهزة الحوسبة الكمومية في تطوير ألعاب الفيديو. في وقت سابق من هذا العام، تم إصدار Moth Quantum الغرف الخلفية الكمومية، لعبة رعب بمستويات تم إنشاؤها بواسطة كمبيوتر كمي من شركة IBM أثناء عملية التطوير. إنها رحلة مخيفة عبر مناظر طبيعية للغرف داخل عالم Backrooms، وهي ظاهرة على الإنترنت تركز على مساحات حدية وغريبة وتم تحويلها مؤخرًا إلى فيلم نال استحسان النقاد. أخبرني جيمس ووتون من Moth Quantum أنه نظرًا لأن كل غرفة تتوافق مع الحالة الكمومية لجزء مختلف من الكمبيوتر الكمي، فإن الأمر برمته يبدو وكأنه عالق داخل الجهاز. باعتباري شخصًا يقضي الكثير من الوقت في التفكير في الأعمال الداخلية لأجهزة الكمبيوتر الكمومية، فإن هذا الشعور ليس غريبًا بالنسبة لي.

وتساءلت عما إذا كان هذا النهج يمكن أن يكون أكثر انتشارا، اتصلت بجوليان توجيليوس من جامعة نيويورك، الذي يدرس الإبداع وألعاب الفيديو والذكاء الاصطناعي. ويقول إنه في بعض الألعاب، يمكن للاعب التفاعل مع البيئة محليًا، دون أن تعتمد نتيجة أفعاله على بقية عالم اللعبة. قد يكون جعل العالم داخل اللعبة أكثر ارتباطًا وواقعية أمرًا صعبًا، لكن توجيليوس يقول إن أجهزة الكمبيوتر الكمومية يمكن أن تساعد المطورين على تجاوز الطريقة التي يتم بها التعامل مع ذلك حاليًا. إنها تتلخص في مشكلة رياضية مع العديد من القيود والشروط، حيث يمكن أن تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية مفيدة. ومع ذلك، حذرني توجيليوس أيضًا من أن هذه الفكرة أكثر تعقيدًا بكثير مما تم إنجازه في الألعاب الكمومية حتى الآن، على الأقل جزئيًا بسبب عدم اكتمال أجهزة الحوسبة الكمومية ومحدوديتها.

حتى في حالة الغرف الخلفية الكمومية، يقتصر استخدام الكم على تطوير اللعبة. يواجه اللاعب الكم بعد إيقاف تشغيل الكمبيوتر الكمي، ويتولى الكمبيوتر التقليدي المهمة. هذا لا يعني أن تشغيل الألعاب مباشرة على أجهزة الكمبيوتر الكمومية أمر مستحيل – فقد فعل ووتون ذلك عندما قام بترميز نسخة كمومية من Rock-paper-scissors على أحد أقدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية من شركة IBM في عام 2017 – ولكن في الوقت الحالي، يتم تشغيل العديد من الألعاب الكمومية فعليًا على أجهزة كمبيوتر تقليدية تعمل كمحاكيات لأجهزة الكمبيوتر الكمومية.

يقول كريس كانتويل من شركة الألعاب الكمومية Quantum Native، الذي طور اللعبة: “في الوقت الحالي، لا تزال جميع ألعابي تعمل على أجهزة المحاكاة الخاصة بها. ولم تصل الأجهزة إلى هذا الحد بعد”. الشطرنج الكمي والعديد من الألعاب الأخرى. في عام 2020، قام أحد أجهزة الكمبيوتر الكمومية التابعة لشركة Google بتشغيل بضع جولات الشطرنج الكميلكن كانتويل يقول إن الأمر تطلب منه إعادة ترميز برنامجه الأصلي للعبة بالكامل. إن مفتاح صنع لعبة كمومية هو دمج الوظائف الكمومية في طريقة اللعب، ولكن يجب أن تعتمد تلك الوظائف على كمية الأجهزة. وبهذه الطريقة، قد تكون الألعاب في نهاية المطاف بمثابة معايير لأداء الكمبيوتر الكمي، كما يقول إيفرت فان نيوينبورج من جامعة ليدن في هولندا، الذي طور الكم TiqTaqToe، نسخة كمومية من الأصفار والتقاطعات (أو تيك تاك تو إذا كنت في الولايات المتحدة، مثلي).

جلب الكم إلى غرفة المعيشة الخاصة بك

العديد من هذه الألعاب الكمومية تأخذ السمات المميزة لفيزياء الكم، مثل حالات التراكب والتشابك الكمي، وتحولها إلى حركات إضافية يمكن للاعب القيام بها في لعبة مألوفة. قطعة في الشطرنج الكمي يمكن أن يكون في تراكب موقعين على رقعة الشطرنج؛ في TiqTaqToe، يمكن للاعب أن يتشابك القطع. لا يحتاج اللاعبون إلى معرفة المعنى العميق لهذه الظواهر لاستخدامها، يمكنهم ببساطة تجربتها، كما يقول فان نيوينبورج.

تعتبر فيزياء الكم غير بديهية إلى حد ما بالنسبة للكثير من الناس عندما يواجهونها لأول مرة، لأن حياتهم اليومية لا تنطوي على التفاعل مع الظواهر الكمومية. عادةً ما تكون هذه مخصصة لعالم الجزيئات الصغيرة والأجسام شديدة البرودة، لكن الألعاب قد تكون قادرة على تغيير ذلك. “لن أنسى هذا أبدًا. لقد ذهبنا إلى أمسية علمية [at a school] وكانت هناك مجموعة من ثلاثة أطفال، ربما كانوا ستة أو سبعة. كانوا يلعبون TiqTaqToe. “لا أعتقد أنهم كانوا يعرفون حقًا ما كانوا يفعلونه في اللحظة الأولى، ولكن بعد دقيقة، بدأ أحد الأطفال بالصراخ: “أوه لا، لقد ورطتني!”، يروي فان نيوينبيرج ضاحكًا. لا يتطلب الأمر الكثير من الجهد لجعل الأطفال مرتاحين للغة العامية الجديدة، حتى لو كانت لغة اصطلاحية من كتب فيزياء الكم المدرسية. “يحب طفلي البالغ من العمر ثماني سنوات اللعب. الشطرنج الكمي أفضل من الشطرنج لأنه يستطيع قطع المزيد من القطع. يقول كانتويل: “إنه لا يفهم الكم على الإطلاق… لكن دماغه يتفاعل مع ظواهر كمومية حقيقية”. وفي قائمة الأشياء التي يمكن أن تفعلها الألعاب لتطوير تقنيات الكم، قد يكون هذا هو الشيء الأكبر – يمكن للاعبي الكم في مرحلة الطفولة أن يصبحوا مطوري برمجيات كمومية أصلية.

فكرت في أخي الأصغر الذي لم يُظهر أبدًا اهتمامًا كبيرًا بما كنت أتعلمه في دروس الفيزياء، ولكنه كان دائمًا ملتصقًا بوحدة التحكم في الألعاب أو شاشة الكمبيوتر. أراهن أنه كان بإمكانه أن يتفوق علي في بعض تحديات حل المشكلات الكمومية لو تم تأطيرها كطريقة للفوز في لعبة فيديو. إن فرص الانتشار الكمي رائعة، كما يقول سبيروس ميشالاكيس من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، الذي عمل على كوانتريس, الشطرنج الكمي والعديد من الألعاب الأخرى.

بدأ اهتمام ميكالاكيس بالألعاب الكمومية في عام 2014، عندما أجرى تعديلًا كميًا على لعبة الفيديو الشهيرة ماين كرافت. وقد أدى هذا إلى مجال جديد تمامًا من البحث. يقول: “الشيء الذي كنت أحاول العمل عليه منذ أكثر من 12 عامًا هو ليس فقط بناء ألعاب تحتوي على بعض الواجهة الخلفية الكمومية، بل ألعاب يرغب شخص ما في لعبها، أليس كذلك؟ الألعاب التي تحتوي على آليات لعب تسمح لشخص ما أن يقول: “رائع، يمكنني اتخاذ قرارات استراتيجية جديدة في اللعبة، باستخدام أدوات جديدة، وأسلحة جديدة، وعلاقة جديدة مع الأعداء”. هذه مشكلة أصعب بكثير من إنشاء مستويات اللعبة.

في بعض الأحيان يمكنك التوصل إلى حلول ذكية للغاية، مثل تلك التي تعتمد على التراكب الكمي أو التشابك الكمي، ولن يلاحظ اللاعب ذلك على الإطلاق، كما يوضح توجيليوس. ويقول إن الأمر يشبه الطريقة التي تلعب بها لعبة يكون الهدف فيها هو إطلاق النار على الأعداء، فلا يهم ما إذا كان بإمكانهم قراءة شكسبير. الذكاء، سواء كان كميًا أم لا، يجب أن يكون جذابًا ومفيدًا. ويقول: “إن صنع لعبة في حد ذاته أمر سهل نوعًا ما، لكن صنع لعبة ناجحة أمر صعب للغاية”. وحتى الآن، فهو متشكك بشأن ما إذا كانت الحوسبة الكمومية ستكون الشيء الكبير التالي في الألعاب.

إلى حد ما، يتوازى هذا مع تطور برامج الكمبيوتر الكمومي بشكل عام – الهدف دائمًا هو الاستفادة من العمليات الكمية الفريدة للقيام بشيء قد يكون مستحيلًا أو صعبًا، مع التأكد أيضًا من أنك تفعل شيئًا ذا قيمة. هذه مهمة شاقة، ولكن مع الألعاب على الأقل يمكن أن تكون ممتعة حقًا.