量子の動き

Quantum Movesは、プレイヤーが量子原子を動かすオンライン 市民科学 シミュレーション ビデオ ゲームです、AU Ideas Center for Community Driven Research (CODER) ^{[4]によって開発された}ScienceAtHome ^[3]包括プロジェクトの一部です。CODER は、理論的および実験的な量子研究をオンライン コミュニティの取り組みと融合させ、高度に専門化されたこの分野における オンライン市民科学の可能性を探ることを目的としています

このゲームの目的は、量子コンピューターでの論理演算のシミュレーションである課題を完了することです。このゲームの背後にあるチームは、300 個の原子で構成されるプロセッサを備えたスケーラブルな量子コンピューターを構築しています。論理演算は、光ピンセットで原子を動かすことによって実行されます。原子が励起され、原子の波動関数が非局在化するため、制御された方法で原子を動かすことは困難な作業です。想定される量子速度の限界に近づくことは、量子アルゴリズムにとって大きな課題であり、 Quantum Moves のプレイヤーが取り組むように求められる タスクです。

Quantum Movesでは、原子の波動関数は、光ピンセットによって作成されたエネルギー ポテンシャル井戸内の揺れる液体として表現されます。プレーヤーは井戸の深さと水平位置を制御し、光ピンセット上の経路をシミュレートします。波動関数は、シュレーディンガー方程式によって指示されたポテンシャル関数の変化に反応し、プレーヤーの目に揺れが映ります。プレーヤーは、原子の波動関数をあまり揺れさせずに井戸を動かすように求められます。プレーヤーによって作成された経路は、シュレーディンガー方程式の解に 1 対 1 でマッピングされます。ゲーム プレイの上位結果は、アルゴリズムの検索空間へのガイドとして使用され、アルゴリズムのみで見つかったものよりも優れたソリューションがもたらされます。

2012 年に、ゲームの最初のバージョンがプログラミング言語MATLABで開発され、デンマーク全土のいくつかの高校でテストされました。フィードバックは肯定的でしたが、ゲーム内での操作を煩雑にする多くの技術的な問題がありました。2012 年の夏、ゲームはJavaに翻訳され、Quantum Moves の最初のバージョンがリリースされました。それ以来、Quantum Moves はUnity マルチプラットフォーム開発エンジンで構築され、タッチ スクリーン デバイスで使用できるように App StoreとGoogle Playでリリースされています。

2017年2月現在^{[アップデート]}、Quantum Movesは世界中で20万人以上のプレイヤーによって800万回以上プレイされている。2016年4月、Nature誌は「コンピュータゲームで量子速度の限界を探る」という記事を掲載し、^[5] Quantum MovesのBringHomeWaterというレベルの1つを詳細に分析した。少数のプレイヤーは「不完全な忠実度ではあるものの、数値最適化よりも優れた解」を見つけ、適用された成功基準の99.9%を大きく下回った。さらに、プレイヤー戦略のバルク分析により、純粋にアルゴリズム的な「少数パラメータのヒューリスティック最適化法」HILOが、すべてのプレイヤーの結果と標準アルゴリズムKASSを効率的に上回ることが明らかになった。この記事は後に撤回された（下記参照）。

2018年、ドリス・セルスはHILOアルゴリズムだけでなく、「単純な確率的局所最適化法でも、すべてのプレイヤーを上回る最適解に近い解を見つけることができる」ことを実証しました。^[6] 2019年、アラン・グロルンドはKASSアルゴリズムの有効性に疑問を投げかける従来のアルゴリズムの結果をいくつか発表しました。^{[7]その後、彼は元のネイチャー論文の著者がベンチマークされた最適化アルゴリズムの実装で符号エラー[8]}を犯していたことを発見し、2020年7月にネイチャー論文は撤回されました。^[9]

その後の研究^{[10] [いつ? ]}では、GRAPE から得られた結果と、さまざまなシード戦略 (すべて元の数値エラーがない) を使用した確率的上昇アルゴリズムとを併せてプレーヤーの結果が分析されました。プレーヤーのゲーム内で最適化されたソリューションは、「コンピューター クラスターで実行されたテスト済みの標準最適化方法の最良のものとほぼ同等のパフォーマンスを発揮します。さらに、クラスター最適化されたプレーヤー シードは、3 つの課題すべてでほぼ最適なパフォーマンスを示した唯一の方法でした。」調査された純粋に数値的なアルゴリズムはすべて、少なくとも 1 つの課題で大幅にパフォーマンスが低下しました。最後に、著者は「プレーヤー シードは、スパース サンプリングの限界において、ランダム シードよりも統計的に有意な利点を示します。これは、将来の量子研究の問題のソリューションをクラウドソーシングする可能性を浮き彫りにします。」と結論付けています。結論で、著者は「これらの結果は、必要なベースライン研究およびさらなる調査のための最初のデモンストレーションとしてのみ理解されるべきであり、プレーヤー ベースのシードがますます複雑になるアルゴリズム戦略と比較して有利であるという保証として受け取られるべきではありません。」と警告しています。

続編のゲーム「Quantum Moves 2」は、研究を可能にする市民科学ゲームを通じて学生を教育するために設計されたデンマークのReGAMEカップと連携して2018年にリリースされました。続編には、元のゲームよりも幅広い科学的課題に加えて、組み込みの最適化機能と、プレーヤーが自分のパフォーマンスと比較できるアルゴリズムの結果を示すチャレンジカーブが搭載されています。

2021 年現在、Quantum Moves 2 は3,600 人を超えるプレイヤーによってプレイされています。

2020年に、この研究結果が発表されたネイチャー誌の記事^{[5]は、計算に大きな誤りがあったため撤回され、記事の結果は誤りであり、ゲームは信頼できないと判断されました。 [11] [12]}記事の結果は2016年の発表以来異議が唱えられていましたが、そのコーディネーターは、結果が不十分で非現実的であると判断した世界中の他の科学者の主張を否定しました。プロジェクトのコーディネーターは、2020年までデータを真実として発表し続けましたが、オーフス大学^[13]の内部調査で、方程式の実装方法に問題があり、2016年の論文発表以来他の科学者が主張しているように、調査結果が偽であると判断される間違いが発生したことが判明しました。 ^[14]プロジェクトのコーディネーターはその後、研究結果を真実として発表し続けるために、情報の操作、科学的協力の欠如、資金提供者と学術的調整の操作を含む学術的不正行為と科学的不正行為の懲戒処分を受けました^{[15] 。 [16] [17]}

• オーンズ、スティーブン（2018年2月20日）。「科学と文化：量子ゲームは頭の痛い科学の謎を解くことを目指す」。 米国科学アカデミー紀要。115 （8）：1667–1669。Bibcode ：2018PNAS..115.1667O。doi：10.1073 / pnas.1800744115。PMC 5828646。PMID 29463780。 

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