Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Computerspillere skal løse kvantegåde

Måske bliver det en 16-årig gymnasieelev, der knækker koden for fremtidens kvantecomputer. Nyt pilotcenter støttet af AU IDEAS skaber computerspil i forskningens tjeneste. Metoden indvarsler et paradigmeskift inden for videnskaben.

Bag kvantefysiker Jacob Sherson står den maskine, hvor forskerne manipulerer atomer i forsøget på at skabe en kvantecomputer, verdens kraftigste computer. Men forskerne har brug for hjælp – fra helt almindelige mennesker. Derfor vil Jacob Sherson i et tværfagligt projekt skabe et spændende computerspil, hvor alle kan prøve kræfter med at manipulere atomer – og samtidig hjælpe forskningen. Foto: Lars Kruse

Kvantefysiker Jacob Sherson har et problem. I kælderen under Institut for Fysik og Astronomi er han i gang med forberedelserne til at bygge en kvantecomputer, verdens kraftigste computer. En kvantecomputer bruger enkelte atomer til at lagre data, og derfor skal han flytte atomer rundt med en superpincet.

Superpincetten består af en lysstråle, der samler atomerne op og lægger dem i en mikroskopisk æggebakke. Her kommer problemet imidlertid ind i billedet: Atomerne har det nemlig med at ”skvulpe”, når de bliver lagt i æggebakken. Skvulper de for meget, mislykkes forsøget.

Jacob Sherson har forsøgt af få computere til at udregne, hvordan man bedst ”anti-skvulper” atomerne. Uden held. Han har derfor fået en idé, som har sikret ham en bevilling på 4,5 millioner kroner fra AU IDEAS. Jacob Sherson vil lave et computerspil, hvor brugerne med musen kan flytte og anti-skvulpe atomer og konkurrere om at være den bedste forsker.

– Forskerne i centret skal ikke selv frembringe de optimale metoder til kvantecomputeren. Vi skal opstille rammerne for, at gymnasieelever, ingeniører, tømrere – alle, som har en lille teknisk interesse – kan sætte sig ned og spille det her computerspil. Hver gang de spiller det, driver de forskningen et lille skridt videre. Projektet vil vise, at ganske almindelige mennesker også kan generere forskning, siger han.

Tværfagligt arbejde

Centret, der lyder det fulde navn ”Pilot Center for Community-driven Research: Game Assisted Quantum Computing”, har endnu kun en prototype på computerspillet. Jacob Sherson viser på sin computerskærm, hvordan man med musen styrer den grønne superpincet, flytter de røde atomer og anti-skvulper dem. Hans forsøg resulterer i en blå væske, der skvulper ud over kanten på en beholder. Det gik med andre ord ikke særlig godt. 

– Vi håber på at finde nogle spillere, som har fingerfærdighed, rumlig forståelse og evnen til at lære af deres egne fejl, siger han.

Centrets hovedfokus er at lave prototypen om til et flot, spændende online computerspil, som tusinder af mennesker gider spille. Derfor er centret tværfagligt med deltagelse af blandt andre pædagogiske forskere.

– De pædagogiske forskere ved noget om, hvad der virker for forskellige målgrupper. Der er for eksempel forskel på, hvad ingeniører og gymnasieelever gerne vil opleve i et computerspil, siger Jacob Sherson.

En helt ny forskningsmetode

Sideløbende med udviklingen af computerspillet vil forskerne stå i kælderen under Fysik og arbejde videre på kvantecomputeren. Når de støder på problemer i byggeriet, kan de lægge dem ind i computerspillet og forsøge at løse dem på den måde.

– Vores målsætning er en vekselvirkning mellem eksperiment og spil, hvor målet hele tiden er at udvikle nye metoder og bruge dem i praksis, siger Jacob Sherson.

Centret vil i høj grad inddrage brugerne i udviklingen af computerspillet. Der skal være et community, hvor man kan komme med forslag til forbedringer. Men brugerne får også lov til selv at definere nye spil, som løser andre udfordringer end dem, Jacob Sherson oprindeligt havde tænkt. På den måde kan forskningsprojektet ende med at udvikle sig i en helt anden retning, end han først troede.

– Dette projekt er et pilotprojekt til en helt ny metode. Et paradigmeskift. Måske bliver metoden det 21. århundredes forskningsmetode, som kan løfte videnskaben inden for alle felter, siger Jacob Sherson.

Uforudsigelig teknologi

Hvis en 16-årig gymnasieelev pludselig knækker koden til, hvordan man bedst flytter atomerne, er kvantecomputeren tættere på. Når den kommer, vil den revolutionere vores samfund. Vi ved bare ikke helt hvordan.

– For 50 år siden vidste ingen, hvad en mobiltelefon var. Vi har ikke fantasi til at forestille os, hvad der vil ske i løbet af de næste 50 år. Vores projekt handler om den teknologi, der peger ind i fremtiden. Om 50 år, når kvantecomputeren er blevet hverdag, vil læserne af denne artikel tænke: Det hørte jeg faktisk om allerede dengang, siger Jacob Sherson.

Og hvis du spiller computerspillet, kan du tænke: Jeg hjalp udviklingen på vej.


Vær med

Jacob Sherson søger studerende fra alle fag, der kunne tænke sig at være med til at udvikle det nye computerspil. Er du interesseret i at være med, så send en mail til Jacob Sherson på sherson@phys.au.dk


Kvantecomputeren

En almindelig computer virker groft sagt ved, at en hel masse kontakter kan have værdien 0 eller 1. Ved at hive i kontakterne kan computeren udføre beregninger og gemme data. En kvantecomputer bruger enkelte atomer som datalager – kvantebits – og udnytter det faktum, at atomers kvantetilstand kan være 0 og 1 på samme tid. Det betyder, at en kvantecomputer vil kunne udføre et fantastisk stort antal beregninger samtidig. For eksempel vil en kvantecomputer af 300 atomer være kraftigere end alle verdens eksisterende computere tilsammen.


AU IDEAS

Aarhus Universitet og Aarhus Universitets Forskningsfond uddelte i december 2011 bevillinger for cirka 65,5 millioner kroner til 15 nye pilotcentre. Centrene skal i løbet af de kommende tre til fem år udøve fri forskning inden for en række forskellige emner. Et af pilotcentrene er ”Pilot Center for Community-driven Research: Game Assisted Quantum Computing”.