Videojocs per resoldre problemes de física quàntica

L’autor explica què és el procés de ludificació o l’ús de videojocs en diverses branques científiques i obre la porta a la reflexió sobre les conseqüències socials d’aquestes tècniques

"Ender, tu mai has jugat contra mi... aquesta era la Tercera Invasió... les batalles eren reals i els únics adversaris amb qui t’has enfrontat eren els insectors" El joc d’Ender (Traducció de l’autora)

/ SR. PLASTIKO


De la mateixa manera que l’ús de calculadores per fer una operació matemàtica senzilla és una pràctica habitual, la ciència actual se serveix de la potència de càlcul dels ordinadors per resoldre problemes de gran complexitat, com per exemple desxifrar missatges codificats. Gràcies a l’ús de tècniques numèriques executades en ordinadors, hem estat capaços de fer càlculs difícils i analitzar sistemes amb un gran nombre de variables, com és el cas de la meteorologia. De fet, els ordinadors tenen la capacitat de reproduir un gran nombre d’escenaris possibles a partir d’una situació inicial en un temps relativament curt. Malgrat la gran capacitat de calcular que exhibeixen les màquines –fet que anuncia un futur dominat per una intel·ligència artificial de torn–, encara existeixen problemes que les computadores no són capaces de resoldre i en els quals la intel·ligència humana encara és necessària.

L’ésser humà, de manera intuïtiva, desenvolupa estratègies basades en la pròpia experiència per resoldre problemes quotidians que són terriblement complexos

L’ésser humà, de manera intuïtiva, desenvolupa estratègies basades en la pròpia experiència per resoldre problemes quotidians que, en el fons, són terriblement complexos. Un exemple d’això és la bona recepció d’una pilota de futbol que segueix una trajectòria bombejada. Per situar-se en la posició correcta per rebre l’esfèrica, el sistema nerviós d’un futbolista adapta el moviment del seu cos a la trajectòria de la pilota d’una manera poc trivial. De fet, s’ha observat que els jugadors optimitzen una relació trigonomètrica complexa. Per tant, el jugador de futbol està fent un càlcul complicat de manera inconscient, sense adonar-se’n, mentre corregeix la seva posició sobre el terreny de joc. Allà on un ordinador hauria de desenvolupar una llarga sèrie de càlculs, el cervell humà troba una drecera gràcies a l’experiència prèvia en situacions similars.

A l’hora de jugar, és habitual utilitzar estratègies que anem descobrint a força d’enfrontar-nos a un problema repetidament. Per exemple, si recordem vells jocs com el Tetris, un jugador inexpert buscarà anar esborrant les línies ràpidament. En canvi, un jugador amb més experiència anirà deixant vies verticals per poder col·locar les peces rectes en posició vertical i, així, aconseguir puntuacions més altes o anticiparà l’aparició de peces més complicades deixant vies d’escapament a la muntanya que està generant. En el terreny dels jocs, el nostre cervell desenvolupa una sèrie de tàctiques que utilitza en partides posteriors per resoldre noves situacions adverses de manera mecànica.

Per situar-se en la posició correcta per rebre l’esfèrica, el sistema nerviós d’un futbolista adapta el moviment del cos a la trajectòria de la pilota de manera poc trivial

Actualment, els videojocs són un dels principals mitjans d’entreteniment al món occidental. De fet, estudis elaborats als Estats Units estimen que una persona de vint-i-un anys haurà passat una mitjana de 10.000 hores jugant a videojocs, l’equivalent a treballar cinc anys a jornada completa. La pregunta que sorgeix a continuació és: podem treure profit d’aquesta activitat? La resposta és sí. Aquesta potència cerebral es pot canalitzar per resoldre problemes científics amb un grau de complexitat molt alt, en què les computadores tenen dificultats per donar respostes satisfactòries. Per aprofitar la destresa dels jugadors a l’hora de generar estratègies per intuïció, es presenten problemes científics en un context no científic. Aquest procés es coneix com a ludificació (de l’anglès gamification). Un joc es defineix pel seu conjunt de regles i el seu objectiu final. El procés de ludificació d’un problema físic consisteix a crear un joc amb unes regles que recreen les lleis de la física del problema que ens interessa amb un objectiu final relacionat amb la meta del nostre projecte. Un cop s’ha ludificat un problema científic, el joc es presenta a una audiència de jugadors no necessàriament experta en ciència. Els resultats dels jugadors es van recollint a mesura que juguen i, després de tractar aquests resultats, es pot obtenir una informació molt valuosa. Aquest procés de ludificació ha donat resultats satisfactoris en el camp de la biologia –en el mapatge de neurones– i, darrerament, en el camp de la quàntica, s’ha avançat en el disseny d’un ordinador quàntic.


‘Quantum Moves’, un joc experimental a Dinamarca

Precisament, ludificar un problema en el camp de la mecànica quàntica representa un gran repte, ja que aquesta és la teoria menys intuïtiva de totes les teories científiques. La física quàntica tracta sistemes físics a l’escala subatòmica, on la matèria i l’energia deixen de ser considerades contínues, i això dóna lloc a una sèrie de propietats insòlites. Per exemple, la física quàntica ens diu que un electró pot ser en un lloc de l’espai o en un altre o, finalment, als dos llocs alhora. Aquest últim estat és el que s’anomena estat de superposició. I aquesta propietat de tenir estats de superposició és el que fa interessant la computació quàntica. Un ordinador normal funciona amb bits d’informació. El bit té la forma de 0 o 1, que en un ordinador es correspon amb el pas o no d’electricitat. El principi de la programació radica en el fet que qualsevol número o instrucció es pot traduir al codi binari. En canvi, l’ordinador quàntic té com a unitat bàsica el qbit (o bit quàntic), que, a més de tenir els estats 0 i 1, també conté l’estat de superposició dels dos, és a dir, 0 i 1 alhora. Aquesta propietat augmenta de manera radical la potència dels processos computacionals. Preveure l’impacte que tindrien els ordinadors quàntics sobre la nostra vida quotidiana és un exercici de ciència-ficció.

A l’univers d’El joc d’Ender, aprofiten la plasticitat de la ment juvenil per desenvolupar noves estratègies davant d’un enemic que actua de manera poc intuïtiva

 

El problema de tractar amb qbits és la necessitat de fer les operacions tan ràpid com sigui possible perquè el sistema no perdi les propietats quàntiques. No obstant això, també existeix una velocitat màxima perquè l’operació es pugui dur a terme correctament. Trobar aquesta velocitat llindar és un problema cabdal a l’hora de dissenyar un ordinador quàntic. Per estimar aquesta velocitat, es fan servir tècniques numèriques amb computadores de tota la vida. Malgrat que aquestes màquines arriben a donar un resultat coherent, un grup de la Universitat d’Aarhus (Dinamarca) ha demostrat que aquests resultats es poden millorar de manera significativa si s’aprofita la potència del col·lectiu gamer i es ludifica el problema. El grup danès ha desenvolupat un videojoc anomenat Quantum Moves, en què l’objectiu és transportar tolls d’aigua per diferents regions del joc. És a dir, tenim una superfície amb un sot omplert d’aigua i haurem d’anar desplaçant el toll deformant aquesta superfície fins que l’aigua arribi a la meta indicada pel joc. Aquests tolls d’aigua representen les partícules quàntiques i les proves que ens proposa el joc es corresponen amb diferents operacions que hauria de fer la computadora quàntica. Si el jugador triga massa a fer les proves, perd. Si el jugador fa les operacions massa ràpid, veurà com el toll d’aigua vessa i és incapaç de portar l’aigua a la zona de destí. Aquestes respostes del joc són una simplificació del que passa realment quan manipulem partícules subatòmiques.


Les preguntes ètiques

A l’univers d’El joc d’Ender, davant la impossibilitat de vèncer els insectors amb estratègies desenvolupades per ments adultes i entrenades en la guerra, es decideix presentar el conflicte com un joc i deixar que els infants hi juguin. Així, aprofiten la plasticitat de la ment juvenil per desenvolupar noves estratègies davant d’un enemic que actua de manera poc intuïtiva per a l’ésser humà. De la mateixa manera, milers de jugadors han estat jugant partides del Quantum Moves sense saber que, realment, estaven resolent un problema de física quàntica. El treball elaborat pel grup d’Aarhus posa de manifest la potència de les tècniques de ludificació per resoldre problemes de gran complexitat aplicant-les en un context tan abstracte com és la mecànica quàntica. La utilització d’elements i dinàmiques pròpies dels jocs en activitats no recreatives va més enllà de l’ús pròpiament científic. De fet, el concepte ludificació va néixer a inicis del segle XXI com una eina de màrqueting que introdueix mecàniques de joc amb l’objectiu de motivar el consum d’una sèrie de productes. Xarxes socials com Foursquare en són un exemple clar, en aquest cas, mitjançant l’entrega d’insígnies pel fet de visitar un local o un altre. Els bons resultats que s’obtenen quan es ludifica un problema han fet que aquestes tècniques s’estiguin implantant tant en l’àmbit socioeconòmic com en el científic. De fet, no seria estrany pensar que cada cop se’ns presentaran més qüestions per resoldre en forma de joc sense conèixer la problemàtica real o el fi amb què se’ns presenta aquest joc. Això planteja una sèrie de preguntes ètiques sobre la utilització d’aquestes eines. Quan, en el futur, descarreguem una aplicació de mòbil, estarem jugant innocentment? Donant informació privilegiada a una multinacional? O, simplement, resolent un exercici de mecànica quàntica?.

 

Mostra'l en portada

Noticies relacionades: