Spillere løser kvanteproblem bedre end computere

28. december 2020: OBS: Studiet, som denne artikel omhandler, blev 22. juli 2020 trukket tilbage grundet en fejl i forskningen, hvilket du kan læse mere om her.

Der er stadig ting, vi mennesker er bedre til end computere. Godt nok kan computerne slå os i Jeopardy, skak og spillet go, men vi er bedre til mønstergenkendelse og åbenbart også til at finde løsninger på kvantemekaniske problemer.

I en artikel i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature forklarer forskere fra Aarhus Universitet, hvordan computerspillere kan slå computere, når det gælder om at finde ud af, hvordan man hurtigst kan flytte rundt på atomer.

Den viden kan forskerne udnytte, når de skal designe en kvantecomputer. Og selve det faktum, at tilfældige computerspillere kan hjælpe videnskaben mod nye landvindinger, har vidtrækkende perspektiver. Ikke mindst inden for kunstig intelligens. Se også videoen i bunden af artiklen.

Borgerne hjælper med videnskab

I nogle år har fysikere, spiludviklere og andet godtfolk arbejdet sammen på Centre for Community Driven Research (CODER) på Aarhus Universitet, og målet har været at udvikle computerspil, der kan hjælpe forskerne med at løse problemer, samtidig med at de er sjove at spille.

Kvantespillet er et godt eksempel på det, der kaldes borgervidenskab – citizen science – hvor helt almindelige mennesker, der ikke nødvendigvis har nogen form for videnskabelig uddannelse bag sig, hjælper forskerne med at blive klogere.

Enhver kan hente spillene på forskergruppens hjemmeside ScienceAtHome.org, og så er det bare at gå i gang. Som noget helt nyt kan man nu også hente spillene til sin Android-smartphone eller iPhone.

LÆS OGSÅ: Kvinder slår mænd i kvantefysik

Borgervidenskab kan ikke bare bruges til at løse problemer bedre, end computere kan gøre det. Den kan også vise, hvad forskellen på computere og menneskehjernen egentlig er, fortæller lektor Jacob Sherson, der leder CODER:

»Vi leder med lys og lygte efter de områder, hvor mennesket stadig er unikt. Det spændende ved citizen science-projekter som vores er, at de viser, hvor kampen mellem menneske og maskine står lige nu.«

Mønstergenkendelse eller action

Mange af de nuværende projekter med borgerinddragelse går ud på at præsentere brugerne for en masse billeder, hvor man så skal identificere galakser, dyr eller noget tredje. Her er det menneskets evne til mønstergenkendelse, der udnyttes, for på det område kan computerne endnu ikke være med.

»Vi gør det lidt anderledes, for vores spil bygger ikke på mønstergenkendelse, hvor man har masser af tid til at kigge på et billede. Vores spil er dynamiske, lidt ligesom skydespil, hvor man skal være lynhurtig. Man har ikke tid til at tænke over tingene, man skal handle intuitivt,« siger Jacob Sherson.

»Derfor tror jeg også, at vores spil aktiverer helt andre kognitive evner, og det er nyttigt, når vi skal prøve at forstå, hvorfor vi mennesker er bedre til visse opgaver, end computere er det, og hvordan vi mennesker får nye ideer – når vi skal finde ud af, hvad det vil sige at være menneske.«

Kunstig intelligens bliver bedre

»Det er der, hvor det virkelig bliver interessant for hjerneforskere og i forhold til kunstig intelligens. Og i sidste ende er det jo det åbne spørgsmål: Kan vi med en storstilet indsats og interdisciplinær forskning forklare, hvorfor mennesker er bedre til visse opgaver, omsætte den viden til computeralgoritmer og på den måde gøre kunstig intelligens bedre?« fortsætter Jacob Sherson.

Med mange flere data, der kan analysere på kryds og tværs, kan forskerne måske finde en bedre måde at løse problemer på, sådan helt generelt. Og hvis det lykkes at aflure menneskets tankeprocesser, bliver det måske muligt at bygge og programmere en computer, der er lige så intelligent som os.

»Men måske kommer vi aldrig til at forstå, hvad der sker i den menneskelige proces, fordi vi ikke kan indfange den menneskelige intuition. Måske er der en dybere, menneskelig kerne, der ikke kan forklares. Det er noget af det, der kan blive afklaret inden for de næste årtier. Det er superspændende at være med til.«

Kvantefartgrænse bremser kvantecomputeren

Men tilbage til det konkrete resultat, der nu beskrives i Nature. Jacob Sherson fortæller:

»Vi bygger en kvantecomputer med kvantebit, som skal kunne manipuleres. Udfordringen er, at de enkelte kvantebit kobler med omgivelserne, og så flyder kvanteinformationen ud af dem. Vi skal nå at udføre beregninger, før informationen er tabt, og det er den store udfordring.«

Fysikerne ved, at der er en fundamental grænse for, hvor hurtigt ting kan gøres på kvanteniveau. Det fremgår af kvantemekanikkens love. Men for komplekse systemer er det umuligt præcist at beregne, hvor denne kvantefartgrænse er.

At flytte rundt med et atom i en kvantecomputer svarer til at flytte et glas vand, der er fyldt næsten til randen. Det er nemt nok at gå stille og roligt med det, men hvis man løber, skvulper vandet nemt over, så man spilder. Udfordringen er at finde den hurtigste måde at flytte vandet, uden at man spilder undervejs. Det er her, computerspillerne har hjulpet.

10.000 spillere hjalp til

Indtil videre har man forsøgt at finde grænsen ved at lade en computer simulere processen – for eksempel at flytte et atom – rigtig mange gange og så kigge på, hvor hurtigt den kunne klare opgaven. Så fysikerne på Aarhus Universitet havde en idé om, hvor fartgrænsen lå for det kvantesystem, de skulle bruge i forbindelse med deres kvantecomputer.

Det troede de da, indtil godt 10.000 computerspiller spillede computerspillet Quantum Moves en halv million gange. Her viste det sig, at en del af spillerne kunne gennemføre banen BringHomeWater meget hurtigere, end computeren kunne løse det tilsvarende problem. Computeren prøvede endda 100 millioner gange.

»Vi var meget overraskede over at se, at spillerne kom med resultater på den anden side af det, vi troede, var kvantefartgrænsen. Vi troede, det var forbudt område,« siger Jacob Sherson og fortsætter:

»Med computeren kunne vi ikke finde løsninger, der var hurtigere end 0,26 sekunder. Her ville man normalt stole på, at computeren havde fundet kvantefartgrænsen – den ultimative grænse for, hvor hurtigt ting kan gøres. Så det var jo spændende, at computerspillere kunne finde løsninger på den anden side af grænsen.«

Computere kan lære af mennesker

Forskernes antagelse om, at computeren kunne finde fartgrænsen, var simpelthen forkert. Nogle af spillerne var intuitivt bedre til at finde løsninger til det komplekse problem – som i computerspiludgaven ikke ser så kompliceret ud, som det i virkeligheden er.

På baggrund af resultaterne fra de mange computerspil kunne forskerne forbedre computeralgoritmen. De lærte så at sige computeren at bruge spillernes metoder. Det førte til endnu bedre resultater – kvantefartgrænsen blev rykket endnu engang.

Resultatet er godt nyt i forhold til udviklingen af kvantecomputere, for det viser, at det er muligt at udføre processer hurtigere og bedre, end forskere troede. Og måske kan algoritmerne forbedres endnu mere, når der kommer flere data fra spillerne.

Andre forskere kan måske bruge borgerne

Aarhus er ikke det eneste sted i Danmark, hvor forskerne forsøger at konstruere en kvantecomputer. Det gør de også på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, hvor professor Karsten Flensberg fra Center for Quantum Devices med interesse har læst Aarhus-forskernes artikel.

»Jeg synes, at det er en meget interessant idé at bruge den kollektive intuition til at løse fysiske problemer,« siger han. Han kan dog ikke umiddelbart få øje på et konkret problem, de arbejder med i København, hvor det er oplagt at bruge metoden.

Andre forskere rundt omkring på kloden kan til gengæld godt finde anvendelser for spil som dem, de udvikler på CODER. At Aarhus-forskerne nu kan vise, at et kvantefysisk problem løses bedre af mennesker end af computere, er kun den spæde begyndelse.

Allerede nu er der flere spil at vælge imellem, og i fremtiden kommer der også spil, der hjælper forskerne inden for hjerneforskning, psykologi, økonomi og kemi. Og vi skulle hilse og sige, at forskerne meget gerne vil have hjælp fra læsere af Videnskab.dk.

I nedenstående video fra Aarhus Universitet fortæller forskerne om, hvordan computerspillere kan hjælpe med at konstruere en kvantecomputer.Video: Aarhus Universitet