Innsæi mannskepnunnar hlaðið niður

Á sviði hins agnarsmáa skammtaheims er ekki hægt að ganga að neinu sem vísu. Agnirnar eru svona og stundum hinsegin. Stundum eru agnirnar bæði svona og hinsegin. Stundum er ögnin hérna. Stundum er hún hérna og alls staðar. Skammtaheimurinn er furðulegur. Það alheimssvið sem við þekkjum er stórt og áþreifanlegt. Náttúrulögmálin eru huggun okkar þegar hinn kunnuglegi heimur virðist skyndilega framandi og handahófskenndur. Því í grunninn er leiksvið okkar rökrétt. Það er því athyglisvert að þegar kemur að því að leysa vandamál á sviði hins órökrétta skammtasviðs virðist innsæi og reynsla nútímamannsins afar öflugt tól.

Líkja eftir náttúrulegum kerfum

Möguleikar skammtatölvunnar eru við fyrstu sýn ekki augljósir, en stórbrotnir eru þeir sannarlega. Slík vél kemur til með að hjálpa okkur að svara stórum spurningum. Þetta eru spurningar er varða loftslagsbreytingar, lyfjaþróun, leitina að framandi lífi o.fl. Útreikningar hefðbundinnar tölvu byggjast á tvenndar­kerfi (1 eða 0) og á smárum sem ýmist eru virkir eða óvirkir. Slík vél getur aldrei líkt eftir náttúrulegum kerfum. Það gæti skammtatölvan gert.

Vísindamenn vítt og breitt um heiminn vinna nú að þróun skammtatölvunnar, og stór skref hafa verið tekin á síðustu árum. Ein slík vél er í fæðingu í kjallara í háskólanum í Árósum. Stór hópur kemur að verkefninu, þar á meðal er Ottó Elíasson, 28 ára gamall doktorsnemi í eðlisfræði. Ottó og kollegar hans eiga þó við vandamál að etja.

Ljóstangirnar mundaðar

Framtíðartækið í kjallaranum byggir á því að róa alkalímálmaatóm (atómin sem eru lengst til vinstri í lotutöflunni). Þannig er hægt að koma þeim niður í skammtafræðilegt grunnástand og þar með stjórna þeim af mikilli nákvæmni. Hægt er að líkja þessu ástandi við ský, skipað milljón atómum eða svo (í sandkorni eru að finna u.þ.b. 50 milljón milljón milljón atóm). Leysigeislum er beint inn í skýið sem mynda ljósgrind eða ljóskristal. Atómunum er síðan raðað niður eins og eggjum í eggjabakka. Hérna flækjast málin fyrir Ottó og félaga hans.

„Við stöndum frammi fyrir því vandamáli að við þurfum að taka eitt atóm á ákveðnum stað og flytja það á annan stað án þess að það hitni og hverfi úr þessu ástandi sínu. En um leið viljum við gera þetta hratt því kristallinn lifir ekki lengi. Við höfum ekki nema eina eða tvær sekúndur til að gera það sem við viljum gera,“ segir Ottó.

Það má líkja þessu viðkvæma ferli við að missa ekki dropa úr kjaftfullu vatnsglasi og keppa í spretthlaupi á sama tíma. Öflugum tölvum hefur ekki tekist að leysa þetta verkefni. Jakob Sherson, sem fer fyrir verkefninu, fékk þá hugmynd að nýta innsæi tölvuleikjaspilara og eftir að 300 spilarar skiluðu 12 þúsund niðurstöðum í fyrstu tilraun var ljóst að innsæi mannskepnunnar og undarleg lögmál skammtafræðinnar fara ágætlega saman.

Skammtastemming

„Við sáum strax að fólk getur gert þetta betur en tölvan,“ segir Ottó. „Með því að blanda saman lausnum frá fólki og tölvuvinnu fáum við enn betri hugmyndir um hvernig í ósköpunum við getum flutt þetta atóm milli staða og um leið haldið ástandi þessi góðu.“

Tölvuleikurinn Quantum Moves byggir á framandi lögmáli skammtafræðinnar; að hugsa um atómið sem bylgju. Í leiknum þarf spilarinn að færa atómið, eða bylgjuna, í brunn eins hratt og mögulegt er og án þess að það sullist yfir brúnina. Brunnurinn er í raun ljósgrindin eða eggjabakkinn. Á meðan spilarinn notar puttana til að færa bylgjuna til safnar leikurinn upplýsingum sem vísindamennirnir í Árósum nota til að þróa betri algrím fyrir skammtatölvuna. Segja má að innsæi mannskepnunnar sé hlaðið niður og þetta skammtafræðilega hugsæi krefst ekki þekkingar á lögmálum hins agnarsmáa.

„Bestu lausnirnar sem við höfum fengið eru frá grunnskólanemanda í Jótlandi og frá leigubílstjóra. Þetta hefur ekkert með stétt eða stöðu að gera,“ segir Ottó og bætir við: „Ég er sjálfur glataður í þessum leik.“

Skammtaþjóðin Ísland

Niðurstöðurnar úr fyrstu tilraun með Quantum Moves voru kynntar í Nature en síðan þá hefur leikurinn slegið í gegn. „Á síðustu vikum erum við með 130 þúsund spilara og leikurinn hefur verið spilaður 6 milljón sinnum. […] Það kom skemmtilega á óvart að leikurinn náði hæstum hæðum á Íslandi. Við erum að grínast með að Ísland sé einhvers konar skammtaþjóð.“

Það sem tekur við hjá Ottó er að smíða þetta flókna kerfi. Aðrir greina gögnin og það tekur tíma. Ottó og hópurinn í Árósum vonast til að þróa betri aðferðir við að beita ljóstöngunum sem stjórna atómunum en Quantum Moves hefur um leið varpað annars konar ljósi á staðreynd sem nú þarf að rýna í: „Að skilja hvernig við erum betri en tölvurnar og athuga hvort við getum fengið tölvur til að gera það sama.“

Hægt er að nálgast Quantum Moves í App Store og Play Store.