Movimientos cuánticos

Quantum Moves es un videojuego de simulación de ciencia ciudadana en línea donde los jugadores mueven átomos cuánticos. El juego forma parte del proyecto marco ScienceAtHome ^{[ 3 ]} , desarrollado por el Centro de Investigación Impulsada por la Comunidad (CODER) de la Universidad de Auburn (AU Ideas Center for Community Driven Research). ^{[ 4 ]} CODER tiene como objetivo fusionar la investigación cuántica teórica y experimental con los esfuerzos de la comunidad en línea para explorar el potencial de la ciencia ciudadana en línea en este campo, por lo demás altamente especializado.

El objetivo del juego es completar desafíos que simulan operaciones lógicas en una computadora cuántica . El equipo responsable del juego está construyendo una computadora cuántica escalable con un procesador compuesto por 300 átomos. Las operaciones lógicas se realizan moviendo los átomos con pinzas ópticas . Mover los átomos de forma controlada es una tarea difícil, ya que el átomo se excita y la función de onda atómica se deslocaliza. Alcanzar el límite de velocidad cuántica previsto representa un enorme desafío para los algoritmos cuánticos y la tarea que los jugadores de Quantum Moves deben abordar.

En Quantum Moves , la función de onda atómica se representa como un líquido que se mueve dentro de un pozo de potencial energético creado por pinzas ópticas. Los jugadores controlan la profundidad y la posición horizontal del pozo, simulando la trayectoria en las pinzas ópticas. La función de onda reacciona a los cambios en la función de potencial, según lo dicta la ecuación de Schrödinger, lo que produce el movimiento que perciben los jugadores. Se les pide a los jugadores que muevan el pozo sin alterar demasiado la función de onda atómica. Una trayectoria creada por un jugador se corresponde uno a uno con una solución de la ecuación de Schrödinger. Los mejores resultados del juego se utilizan para guiar al algoritmo en su espacio de búsqueda, lo que da como resultado soluciones superiores a las que encuentra el algoritmo por sí solo.

En 2012, se desarrolló la primera versión del juego en el lenguaje de programación MATLAB y se probó en varios institutos de Dinamarca. La respuesta fue positiva, pero surgieron numerosos problemas técnicos que dificultaron la interacción. En el verano de 2012, el juego se tradujo a Java y se lanzó la primera versión de Quantum Moves. Desde entonces, Quantum Moves se ha desarrollado con el motor de desarrollo multiplataforma Unity y se ha publicado en la App Store y Google Play para su uso en dispositivos con pantalla táctil.

A fecha de febrero de 2017 Quantum Moves había sido jugado más de 8 millones de veces por más de 200 000 jugadores en todo el mundo. En abril de 2016, la revista Nature publicó un artículo titulado «Explorando el límite de velocidad cuántica con juegos de ordenador» ^{[ 5 ]} que detallaba el análisis de uno de los niveles de Quantum Moves llamado BringHomeWater. Una pequeña fracción de jugadores encontró «mejores soluciones que la optimización numérica, aunque con fidelidades imperfectas», muy por debajo del criterio de éxito aplicado del 99,9 %. Además, el análisis masivo de las estrategias de los jugadores reveló un método de optimización heurística de pocos parámetros puramente algorítmico, HILO, que superó eficientemente todos los resultados de los jugadores y el algoritmo estándar, KASS. El artículo fue posteriormente retractado (véase más abajo).

En 2018, Dries Sels demostró que no solo el algoritmo HILO, sino también "un método simple de optimización local estocástica, encuentra soluciones casi óptimas que superan a todos los demás". ^{[ 6 ]} En 2019, Allan Grønlund presentó resultados de varios algoritmos convencionales que pusieron en duda la validez del algoritmo KASS. ^{[ 7 ]} Posteriormente, descubrió que los autores del artículo original de Nature habían cometido un error de signo ^{[ 8 ]} en su implementación del algoritmo de optimización de referencia, lo que llevó a la retractación del artículo de Nature en julio de 2020. ^{[ 9 ]}

Trabajos posteriores ^{[ 10 ]} analizaron los resultados de los jugadores junto con los resultados obtenidos de GRAPE y los algoritmos de ascenso estocástico con diversas estrategias de inicialización (todas libres del error numérico original). Las soluciones optimizadas en el juego de los jugadores "se desempeñan aproximadamente a la par con los mejores métodos de optimización estándar probados en un clúster de computadoras . Además, las semillas de jugador optimizadas en clúster fueron el único método que mostró un rendimiento aproximadamente óptimo en los tres desafíos". Los algoritmos puramente numéricos investigados se desempeñan significativamente peor en al menos uno de los desafíos. Finalmente, los autores concluyen que "las semillas de jugador muestran ventajas estadísticas significativas sobre las semillas aleatorias en el límite de muestreo disperso. Esto resalta el potencial del crowdsourcing para la solución de futuros problemas de investigación cuántica". En su conclusión, los autores advierten que "estos resultados solo deben entenderse como un estudio de referencia necesario y una primera demostración para una exploración posterior, y no deben tomarse como una garantía de que la inicialización basada en jugadores sea ventajosa al compararla con estrategias algorítmicas cada vez más complejas".

La secuela, Quantum Moves 2 , se lanzó en 2018 junto con la Copa ReGAME danesa, diseñada para enseñar a los estudiantes mediante juegos de ciencia ciudadana que fomentan la investigación. Esta secuela presentaba una gama más amplia de desafíos científicos que el juego original, además de un optimizador integrado y una curva de desafío con resultados algorítmicos con los que los jugadores podían comparar su rendimiento.

Hasta 2021, Quantum Moves 2 había sido jugado por más de 3600 jugadores únicos.

En 2020, el artículo de Nature ^{[ 5 ]} donde se presentaron los hallazgos fue retractado debido a errores importantes en los cálculos, considerando falsos los resultados del artículo y el juego poco confiable. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Aunque los resultados del artículo fueron cuestionados desde su publicación en 2016, su coordinador negó las afirmaciones de otros científicos de todo el mundo que encontraron los resultados insatisfactorios y poco realistas. El coordinador del proyecto continuó presentando los datos como verdaderos hasta 2020, cuando una investigación interna de la Universidad de Aarhus ^{[ 13 ]} descubrió que había problemas en la forma en que se implementaron las ecuaciones, lo que resultó en un error que consideró falsos los hallazgos, como otros científicos han afirmado desde la publicación del artículo en 2016. ^{[ 14 ]} El coordinador del proyecto fue entonces sujeto a medidas disciplinarias por mala conducta académica y mala práctica científica ^{[ 15 ]} que incluyen manipulación de información, falta de cooperación científica y manipulación de financiadores y coordinación académica por presentar continuamente los hallazgos como verdaderos. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

• Ornes, Stephen (20 de febrero de 2018). "Ciencia y cultura: los juegos cuánticos buscan desmitificar la ciencia compleja" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 115 (8): 1667– 1669. Bibcode : 2018PNAS..115.1667O . doi : 10.1073/pnas.1800744115 . PMC 5828646. PMID 29463780 .  

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