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视频游戏能帮助我们更好地理解量子力学吗?

New Scientist2026年6月26日 09:00

Quantris 是一款经典游戏的量子版本。一个苍白的黄色方块笨拙地落在一个形状像字母“z”的绿色方块上。它们旁边是一个由较小的青色方块组成的柱子。我们都见过俄罗斯方块,你可能可以想象。但附近有一个奇怪的方块,它的白色边框似乎只限制了空旷的空间。根据游戏的说明,我知道这个形状处于量子叠加态,这是一种奇怪的存在与不存在的混合状态,在我的电脑屏幕上同时存在。这样能帮到我吗?要弄明白这一点,我必须观察它。一个标有眼睛的小黑方块从视频游戏的天空落下,撞击到那个有时存在有时不存在的方块上。在被观察之后,它闪烁着出现,使我的方块堆离天花板危险地近。观察有相等的机会来消除这个方块——最终发现它不存在——但我没有那么幸运。又一个形状落在了塔上,游戏结束了。我在 Quantris 中输了,这个量子版的俄罗斯方块。即使是量子力学也无法让我在视频游戏中变得更好。我是量子视频游戏的新手,但它们拥有悠久的历史。尽管量子物理学和相关现象在 1980 年代的电子游戏中早已提到,但在 2016 年,量子计算机通过云端变得可用后,基于量子力学定律或使用量子设备制作的游戏数量才真正跃升。此后,像 IBM 的量子软件开发套件等工具获得了广泛应用,芬兰阿尔托大学的量子游戏研究者劳拉·皮斯帕宁表示。她目前估计量子游戏的数量接近 400,其中许多是在自 2014 年以来举行的周末量子游戏开发活动中开发的。她最喜欢的一款名为《量子野蛮人》,这是对著名剑与魔法电影的致敬,捕捉了早期量子游戏的精神,具有明确的复古设计。在这款游戏中,玩家穿越一个由与量子状态对应的瓷砖组成的迷宫。玩家可以利用量子力学的法则:测量一个量子状态的属性会改变一个瓷砖,既可以清晰出新的道路,也可以在迷宫中构建新的墙壁。科研人员和玩家社区相信,量子视频游戏将有持久的未来。我觉得这种融合令人着迷:一种新的、大体上未经测试的技术,一种常常违背直觉的物理学分支,以及玩游戏这一深具人性的活动。这种混合会产生什么?量子计算机能为游戏做些什么?而游戏又能为量子计算做些什么?需要明确的是,我们大多不在谈论直接在量子计算机上玩的游戏。尽管近年来发展迅速,但它们仍主要是实验性设备,仅仅现在才获得了足够的计算能力和可靠性,有机会解决其他难以攻克的科学问题。但它们既不是通用计算机,也并不具有明确的实用性。事实上,即使是最乐观的未来中,最好的量子计算机也不太可能是可以让你用来运行任何程序的设备。相反,研究人员认为它们只会在少数几个特定任务上表现出色。到目前为止,实时运行视频游戏并未被证明是其中之一。尽管如此,量子计算硬件已经被用于视频游戏开发。今年早些时候,Moth Quantum 发布了《量子后窗》,这是一款由 IBM 量子计算机在开发过程中生成关卡的恐怖游戏。这是一次穿越《后窗宇宙》的恐怖探险,这个网络现象围绕阴森的、边缘的空间展开,并最近改编成了一部备受好评的电影。Moth Quantum 的詹姆斯·伍顿告诉我,因为每个房间对应于量子计算机不同部分的量子状态,所以整个过程让人感觉有点像被困在设备内部。作为一个花了大量时间思考量子计算机内部运作的人,这种感觉对我来说并不陌生。我从视频游戏《量子后窗》中截取的画面。出于对这种方法是否可以更主流的想法,我联系了纽约大学的朱利安·托厄尔斯,他研究创造力、视频游戏和人工智能。他说,在一些游戏中,玩家可以与环境局部互动,而他们行动的结果并不依赖于游戏世界的其他部分。让游戏中的世界更加连贯和现实是有挑战性的,但托厄尔斯表示,量子计算机可能帮助开发者超越当前处理的方式。这归结为一个有许多约束和条件的数学问题,而这正是量子计算机可能具有用处的地方。然而,托厄尔斯还警告我,这个想法比迄今为止在量子游戏中所做的要复杂得多,部分原因在于其不完美性。

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