Denne saken ble skrevet om i Aftenposten, publisert 12.08.2019.
- Dette er prøving og feiling for oss. Vi har ikke en manual på hvordan vi kan lage spillet, men vi leser artikler og så tester vi ut forskjellige ting. Det er både spennende og litt frustrerende. Men jo nærmere målet vi kom, jo mer spennende ble det, sier Vemund Falch. Sammen med Christian Johnsen (22) fikk han den uvanlige oppgaven det er å lage en kvanteversjon av pokerspillet Texas Hold’em. Hva er kvanteberegning, sa du?
En teknologisk revolusjon
Klassisk mekanikk beskriver bevegelser av objekter, som for eksempel en tennisball. Når man kaster en ball mot en vegg, så forventer man at ballen spretter tilbake fra veggen. Kvantemekanikk beskriver objekter som er mye mindre, som for eksempel atomer og molekyler. I deres verden gjelder det andre lover, og det kan for eksempel hende at "ballen" ikke spretter tilbake, men lander på den andre siden av "veggen". Eller at ballen er på begge sidene av veggen samtidig. Kvantedatamaskiner utnytter slike potensielle utfall for å utføre beregninger, og kan være mye raskere til å løse visse problemer enn det klassiske datamaskiner klarer.
Kvantedatamaskiner er hardware, mens kvanteberegning er algoritmene og beregningene som maskinene jobber med, altså software. Det er det sistnevnte SINTEF Digital forsker på. Målet med utviklingen av pokerspillet er ikke bare at de to studenene fra sivilingeniørstudiet i matematikk og fysikk på NTNU får lære seg kvanteberegning, men også å ha spillet tilgjengelig på nett. Her er det en Kinderegg-funksjon; alle interesserte kan spille SINTEF-versjonen av pokerspillet, samt bidra til å videreutvikle det på egenhånd og samtidig lære seg kvanteberegning. De siste er svært etterlengtet.
Et enkelt spill
- Spillet er relativt enkelt i oppbyggingen. Grunnen til at studentene fikk i oppgave å lage et spill er rett og slett for at de skulle få sette seg inn i hvordan programmere en kvantedatamaskin, samtidig som de gjør det gjennom noe som er gøy. Dette er en fin måte å vise hvordan kvanteberegning fungerer, sier forsker i SINTEF Digital, Franz Fuchs. Han leder et prosjekt som undersøker mulighetene og bruksområdene til kvanteberegning.
Klassiske datamaskiner fra 1945 (til venste) da de var helt nye. I dag er kvantedatamaskiner (til høyre) på det samme stadiet.
- Vi befinner oss i en ny teknologisk revolusjon som kan sammenliknes med den tiden da klassiske datamaskiner var i sin aller første fase. Da ante man ikke hva slags potensiale datamaskiner kunne ha, og i dag kan vi se hvor mye de har utrettet. Det er her vi står nå med kvantedatamaskiner. Vi er så spente på fremtiden og hva disse maskinene vil kunne utrette, sier Fuchs.
Vil bidra i utviklingen
Så langt har USA, EU og Kina jobbet mye med å utvikle de fysiske egenskapene med maskinene. Prosjektet Fuchs leder vil bidra med å forske frem algoritmer som kan brukes til å låse opp ulike fordeler med kvantedatamaskiner, slik at maskinene kan bidra til å løse samfunnsutfordringer.
- Hardware-utviklingen er kanskje halvveis klar, mens software-utviklingen ligger enda lengre bak. Det er her vi ønsker å bidra, sier Fuchs, som ønsker å bistå den internasjonale industrien med kompetansen han og teamet innehar. Og kanskje er ikke fremtiden så langt unna heller, IBM spår at om ca. fem år vil utviklingen innen kvanteberegning være på et nivå som vil kunne kommersialisere maskinene. Da vil kvantedatamaskinene kunne ta over klassiske datamaskiner på noen områder.
Trenger flere "kvanteklare" eksperter raskt
- Jeg hadde egentlig ikke noe grundig forståelse av kvanteberegning før jeg startet her i sommer, men jeg syns det virket veldig kult. I starten av sommeren leste vi bare teori for å sette oss inn i stoffet, men etter hvert som vi begynte å lage selve spillet, ble jeg bare mer og mer motivert, sier Christian Johnsen (22).
The New York Times skrev i oktober 2018 at det er en økende bekymring blant industrien og universiteter om det vil være nok eksperter innen kvanteberegning om noen år når maskinene blir klare for starten av kommersiell bruk. Selskaper som bygger kvantemaskiner, deriblant IBM, anbefaler at vi gjør oss «kvanteklare» nå.
- Det er helt nødvendig for større selskaper å begynne å bygge kompetanse innen denne nye, radikale programmeringsmodellen, som er fullstendig forskjellig fra dagens modell. Og fordi det vil ta tid å bli vant til den nye, haster det med å trene opp flere eksperter allerede nå, sier Fuchs.
Kvantedatamaskiner skiller seg fra klassiske datamaskiner blant annet ved at de kan utføre oppgaver som klassiske datamaskiner ikke er i stand til å klare.
- Kvantedatamaskinene erstatter altså ikke de klassiske, men bidrar med løsninger til problemer vi uansett ikke kunne ha løst ellers. Maskinene er komplementære, sier Fuchs.
Løsning av samfunnsutfordringer
Kvantemekanikk vil kunne løse samfunnsproblemer som klassiske datamaskiner ikke kan. Utvikling av nye medisiner og materialer samt forbedring av kunstig intellins, er bare noen områder kvantemekanikk vil kunne bidra med.
- Ta for eksempel kunstig gjødsel. Hele 2-3% av CO₂-utslippet i verden går til produksjon av kunstig gjødsel. Det er veldig energikrevende. Men med kvantekjemi, som brukes til å beregne hvordan atomene og elektronene i et molekyl fungerer sammen, kan man finne katalysatorer som gjør prosessen mye mer effektiv. Produksjonen bruker da mindre energi og er billigere, sier Fuchs.
Et annet eksempel er optimalisering av ruter for kjøretøy.
- Se for deg et hav av taxier med utallige rutemuligheter og destinasjoner. Kvantedatamaskiner vil kunne finne en gunstigere løsning enn klassiske datamaskiner på hvordan alle skal kunne komme seg til målene sine raskest og billigst mulig. Men vi har så vidt begynt å oppdage mulighetene disse datamaskinene kommer til å ha, sier Fuchs.
Tverrfaglige poteter
- Vi blir litt sånn tverrfaglige poteter. Både studiet vårt og denne arbeidserfaringen gjør at vi kan gjøre mye forskjellig fremover, sier Falch.
Vemund Falch (til venstre) og Christian Johnsen gliser under lanseringen av kvantepokerspillet.
Både han og Johnsen spesialiserer seg i fysikk på NTNU og har nå fullført det tredje året på sivilingeniørstudiet. Men de er helt nye på programmering av kvantedatamaskiner.
- Kvanteberegning kommer til å bli brukt mye fremover. Feltet er fortsatt relativt lite fordi det er såpass nytt. Det er veldig bra for oss for da det ikke er overveldende mye teori å sette seg inn i. Det er akkurat nok til at man kan henge med. Derfor er det ekstra spennende, sier Falch.
- Fordi dette fagfeltet er såpass nytt, er det veldig få studier som tilbyr det. Derfor er spillet vi har laget ideelt for de som er interesserte i å prøve ut hvordan kvanteberegning fungerer og om dette er noe de ønsker å drive med det fremover, sier Johnsen.
Vitenskapelig artikkel om kvantepokerspillet kan lastes ned her.
Les mer om sommerjobb i SINTEF.
