让量子计算工作 - 计算的未来（图片来源：Shutterstock / winui）
作者注：这篇描述雅各布·谢尔森博士的研究以及公民科学游戏 Quantum Moves 起源的故事，最早发表于 2014 年 8 月。今天，Quantum Moves 的团队在《Nature》杂志上发表了他们的研究成果（付费墙）。在接受《Nature News》采访时，领导该游戏创建的雅各布·谢尔森表示，他对公民科学家所取得的成就“感到非常惊讶”。本文讨论的是该游戏的早期版本，此后已经推出了新的 Mac 和 PC 版本。
“每个故事都有自己的开端”，丹麦奥尔堡大学（AU）物理学副教授雅各布·谢尔森在他的博客上写道。他的公民科学项目 Quantum Moves 的故事始于他在慕尼黑加兴的马克斯·普朗克研究所担任博士后研究员期间。他和他的同事们正在研究一种可以操纵单个原子的实验系统，这是创建量子计算机的基本要求。我本身并不是物理学家，我花了一段时间才开始理解量子计算机是如何工作的。所以，请耐心听我尝试向您描述。任何计算机的核心都是微小的晶体管，它们可以处于两种状态之一：0 或 1。因此，所有通过计算机的信息都由一串‘比特’表示，这些比特要么是 0，要么是 1。多年来，计算能力呈指数级增长的一种方式是通过制造越来越小的晶体管。这使得我们可以在给定的空间内封装更多的晶体管，从而提高计算机同时处理大量信息的能力。但是，正如您所见，这里存在固有的尺寸限制。我们将很快达到一个点，即最小的晶体管将用现有的技术制造出来。那么，为了获得更强的处理能力，我们该何去何从？这就是量子计算机的用武之地。当我们达到最小的物理级别时，我们将开始处理‘量子系统’——原子、光子、电子等。这意味着，该尺寸的计算机将比我们目前拥有的计算机小约1000 亿倍。但除了尺寸因素之外，处理量子比特还有其他方面使其成为一项极具吸引力的技术。正如谢尔森博士解释的那样，“由于叠加的基本（物理）原理，这些量子比特可以同时为 0 和 1。这意味着可以并行执行许多计算，即使是相对较小的量子计算机也比所有传统计算机加起来具有更强的计算能力。十多年前就已经存在非常小的量子计算机，但迄今为止的世界纪录仅为 14 个量子比特。”
不要晃动！Quantum Moves 游戏 - 闪避（上图），玩家试图避开障碍物；合并（下图），玩家必须合并两个原子态（图片来源：Quantum Moves）。作为构建大型量子计算机的第一步，马克斯·普朗克研究所加兴分所和奥尔堡大学的团队已经设法将数百个原子排列成晶体内的规则图案，“就像蛋盘里的鸡蛋一样”，谢尔森博士这样描述。要在量子计算机上执行计算，原子必须使用称为‘光镊’的聚焦激光束在蛋盘中移动。“然而，这种移动提出了一个巨大的挑战，因为任何突然的移动都会导致原子在镊子中晃动。这种晃动将转化为计算中的错误，因此基本未解决的挑战是找到移动含有原子的镊子的最佳方法，以尽量减少最终的晃动，”谢尔森博士说。他和他的团队试图通过开发计算机算法来找到一种晃动最小化的最佳解决方案，但事实证明比他们预期的要困难。受到一个丹麦科技广播节目的启发，他想知道是否可以将这个挑战游戏化，并允许公民科学家找到最佳解决方案。他与同事一起，在 AU 成立了社区驱动研究中心（CODER），该中心测试了该游戏的几个版本，直到他们创建了公民科学项目 Quantum Moves 的第一个工作模型。该项目本身包含不同的游戏，玩家在其中对原子进行各种操作，同时尽量减少晃动。但这如何帮助解决在实验室中高效移动原子的问题呢？通过直接将成功玩家的鼠标位置映射到控制光镊，成千上万玩游戏的公民科学家可以比计算机算法更快地解决问题。Quantum Moves 的第一版非常成功，约有 3000 人玩了超过 350,000 次。着眼于未来，该团队现在正致力于在今年秋季晚些时候发布第二版，该版本不仅将提供新的挑战，还将提供更好的跨平台兼容性，使游戏更容易访问，并让玩家在尝试获得更高分数的同时了解量子计算。该游戏目前可供下载，让您体验如何帮助构建大型量子计算机。在玩了网站上提供的演示版本后，我非常期待看到新版本和改进版。您也应该如此，因为通过玩这款游戏，我们或许就能改变计算的未来。*** Quantum Moves 是 SciStarter 上 800 多个项目之一，SciStarter 是公民科学参与者和项目所有者的在线热点。使用我们的 项目查找器 查找适合您兴趣的项目，或将您的项目 添加到 我们的数据库以招募参与者！
