量子世界顯然是違背人類直覺的：粒子在同一時刻，可以存在于兩個位置。現在，有一群科學家創造了一個專供普通人玩耍的電子遊戲，該遊戲遵循量子實體的基本規則。
遊戲的測試結果大跌眼鏡：人類通過直覺更能抓住量子世界的規則。而且人類玩家比實體學家提前輸入的玩法還要更勝一籌。對于這樣的結果，該項目的發起人丹麥奧胡斯大學（Aarhus University）的實體學教授Jacob Sherson認為：“可能我們需要将這種正常的本能反應，加入到我們的研究中。”量子研究基金會的科學家很早之前就說過，可以找到一個更直覺的方法來破解量子實體學中的難題。此前，很多人懷疑在沒有新理論的幫助下，這是很難實作的。
這款遊戲的最終目的是完成量子計算機中的邏輯運算。在遊戲裡，玩家需要快速地用可控的方式來移動“光學鑷子”——這很困難，因為在量子世界裡，速度和能量受到海森堡的不确定性原理的限制。是以對于遊戲來說，關鍵是要找到一個能盡可能快速地從一個地方移到另外一個地方的方法，同時又不會幹擾到量子的狀态。既保持運動又限時，可能會存在許多無端的組合，科學家已經讓計算機的算法來解決這個問題。
遊戲中，玩家手指（黑色指針标示處）觸碰的地方會形成一個波谷，玩家要用這個新的波将右邊波裡的液體帶回起點，液體象征處于量子狀态的原子。玩家必須找到一條路徑，以最快的速度實作液體完好轉移，避免出現上圖中最底下一幅的情況：仍然有液體殘留在右邊的波裡。這個遊戲情景很好地模拟了量子算法所需，讓能量（液體）保持不變的情況下，從一個地方盡快轉移到另一個地方（從右邊的波轉移到左邊的波）。
The Verge 圖
Sherson的團隊讓300個人在ScienceAtHome的平台上自願玩了12000次這個遊戲。然後，為了進一步細化計算機的算法，研究人員将人類的解決方法回報給電腦。把人類玩家的解決方案輸入計算機進行優化後，超過半數的優化結果都要優于計算機原來的算法。同時，研究者将人類玩家解法和計算機算法相結合，得出了混合算法。其中，最優的兩種混合算法比單憑計算機産生的最優算法要快很多。“當我們看到結果的時候，我完全震驚了。” Sherson說。
人類給這個遊戲帶來了什麼目前還不清楚。雖然對實體學感興趣與遊戲能力存在相關性，但成功并沒有與學習量子實體學的年限相關。Sherson認為，人類政策之是以優于計算機算法，是因為人類更能把握問題的本質。對于人類來說，遊戲中的量子概念可能比書本中的概念更容易掌握。相對于計算機，在遊戲當中，人類玩家可以嘗試與現實世界不同的解決方案，或許正是這種跳出常理外的思維，也就是直覺幫助了他們，芬蘭圖爾庫大學的量子實體學研究者 Sabrina Maniscalco說。
對于Sherson來說，這樣的研究結果給了實體學家啟示：可以更多地利用自己的直覺。“我們應該嘗試用更加自然和直覺的方法來解決問題。”為此，他的團隊正在建構一個新的遊戲版本，實體學家可以調整方案來形成不同的解決方法，這個遊戲也讓他們對工作有了新的潛在認識。
其他量子實體研究者也表示，他們對普通人能靠直覺解決量子實體問題感到意外。但這一結果本身并非出乎意料，因為科學家也經常憑直覺解決量子實體問題，至少在數學層面上如此。玩遊戲時，人們才可能會用直覺的方式。目前在劍橋任教的MIT實體學家Seth Lloyd說，他注意到嬰兒在學會期待和某一東西待在一起前，也具有量子直覺。“在三個月前，如果東西消失了，他們會想東西是如何在世界上存在的。三個月後，他們會想，玩具又去哪裡了。”
Lloyd還認為，量子移動遊戲的成功主要是因為它設計巧妙，能成功地将量子轉換問題視覺化，但如果是更複雜問題，可能并不一定會成功。
實體學家正在開發量子計算的各種算法，已經有人将其應用到圖形界面中，用以幫助提高現有的解決方法，馬裡蘭大學派克分銷理論實體學家Charles Tahan說。
Tahan也認為，通過遊戲培養量子直覺非常有用。他開發了另一款叫做《機械師》的遊戲，可以擷取玩家基本的量子計算直覺。他希望這款遊戲也可以提高學生的能力，并幫助其找到在該領域擁有自然天賦的人。
（澎湃新聞記者 王心馨編譯）
什麼是量子計算
要了解量子計算，可以先想像一下下面這樣的場景。
你被要求5分鐘内在國會圖書館某一本書的某頁上找到一個大寫字母“X”，這幾乎是不可能的，因為那裡有5000萬冊書。但是如果你處于5000萬個平行現實中，每個現實都可以檢視不同的書籍，你肯定能在其中某個現實中找到這個“X”。在這個假設中，普通計算機就是像瘋子一樣的那個你，需要5分鐘内找遍盡可能多的書。而量子計算機卻能将你複制出5000萬個，每個隻需翻找一本書即可。
量子計算的可能性最早由實體學家理查德·費曼提出。他曾對量子計算有過這樣的描述：“如果你自以為已經了解了量子實體學，實際上你并未真正了解它。” 簡單的了解就是，普通計算機隻能按照時間順序一個個地解決問題，而量子計算機卻可以同時解決多個問題。
量子計算的驚人颠覆
了解了量子計算後，它還能解決複雜得多的問題。在尋找問題解決方案的時候，它們與人類極為相似，這将令它們可以執行許多人類才能勝任的工作。
美國主流網絡媒體BI還曾評選出量子計算機最令人激動的7大應用。分别是提供更為精準的天氣預報、更高效地發現新藥、治理交通擁堵、加強軍事和國防、更安全的加密通信、加速太空探索以及幫助機器學習和自動化。
谷歌工程主管哈特穆特·奈文（Hartmut Neven）認為，量子計算機可以幫助建立更好的氣象模型，這可以讓我們更深入地了解人類如何影響環境，并幫助我們确定現在能夠采取哪些措施，以便能預防災難發生。
除此之外，在新藥的研發、人類基因分析排序上，量子計算都能發揮巨大作用。因為量子計算機可以繪制出數以萬億計的分子組合模式，并迅速确定最有可能生效的組合。新藥的開發是一個漫長且複雜的過程，化學家們需要進行無數不同分子組合方式試驗，以找到可真正有效治愈疾病的藥物特性。這一過程可能需要數年時間，耗費數百萬美元資金。但有了量子計算後，可以大大節省研發成本和藥物研發時間。
同時，量子計算還能簡化空中和地面交通控制的工作量，因為量子計算本質上是一種最優路徑選擇。它可以同時計算所有路線的長度，并以更快的速度篩選出最佳路線。這樣一來，就可以在高速公路和複雜的城市公路網中避免擁堵。
正如前面所舉的例子，量子計算可以在多任務、複雜且混亂的資料中找到具體細節，是以該技術還可以運用到關鍵情報的删選中。在此之前，衛星不斷收集的大量照片和視訊資料可能因計算能力有限而被過濾掉，但有了量子計算後，這種情況将得到改變，進而提高軍事和國防的安全性。
原文釋出時間為：2017-12-26
本文作者：陶卿
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量子趣談，如需轉載請聯系原作者。