Jugadores ‘online’ resuelven problemas complejos de física cuántica

La física cuántica mantiene la promesa de inmensos avances tecnológicos en áreas que van desde la informática a las mediciones de alta precisión. Sin embargo, algunos de los problemas planteados son tan complejos que incluso los supercomputadores más potentes son incapaces de resolverlos.

Con el objetivo de avanzar en este campo, un equipo de físicos de la Universidad de Aarhus (Dinamarca), liderado por Jacob Sherson, ha desarrollado un proyecto en el que jugadores online logran solucionar problemas de física cuántica que no pueden resolverse solo mediante algoritmos. Los resultados se publican hoy en la revista Nature.

Para ello, los investigadores daneses han creado una plataforma de juego en internet llamada Quantum Moves, en la que algunas de estas operaciones se presentan como juegos, que han sido ejecutados casi 500.000 veces por unos 10.000 participantes.

Mover átomos rápidamente

En uno de los juegos, BringHomeWater ("Traer agua a casa"), se solicita al usuario coger y mover átomos hacia una zona concreta lo más rápidamente posible, con el fin de encontrar una solución a un problema de optimización asociada con una operación de computación cuántica. El usuario, de forma virtual, mueve átomos utilizando un rayo láser denominado ‘pinza óptica’.

Cuanto más rápido se mueve el átomo, más fácil es que se derrame el agua. Así, los jugadores tienen que encontrar la manera más rápida de ‘llevar a casa’ al átomo sin perderlo, es decir, sin derramar el agua. Las operaciones asociadas con la computación cuántica requieren tiempos de ejecución muy cortos para asegurar su funcionalidad. Sin embargo, si estos tiempos son demasiado cortos, la precisión de la operación puede verse comprometida.

“Hemos aplicado esta plataforma de juegos para dar solución de manera más eficiente a ciertos desafíos de investigación relacionados con las operaciones en ordenadores cuánticos. En estos ordenadores es preciso resolver las operaciones lo más rápidamente posible, ya que de lo contrario la delicada información cuántica se pierde debido al acoplamiento con el medio ambiente”, explica a Sinc Jacob Sherson.

Soluciones más rápidas y mejores

Los autores han encontrado que los jugadores tenían más éxito donde la optimización puramente numérica fallaba. Además, los participantes fueron capaces de encontrar soluciones más rápidas y mejores que los ordenadores, dice el autor.

“El trabajo ofrece una idea de las estrategias del cerebro humano. Nos comportamos de manera intuitiva cuando tenemos que resolver un nuevo problema, mientras que para un ordenador esto es incomprensible. Una computadora gestiona enormes cantidades de información, pero nosotros podemos elegir no hacerlo  basando nuestra decisión en la experiencia y la intuición. Estas ideas intuitivas de los jugadores de Quantum Move son las que nos han dado las soluciones que buscábamos", señala el investigador.

Según Sherson, “las soluciones suministradas por los jugadores se acompasan de alguna forma con la esencia a del problema de la mecánica cuántica. Gracias a las aportaciones de los jugadores, hemos desarrollado un nuevo algoritmo mucho más eficiente, que combina la intuición de los participantes con la capacidad de ajuste de la computadora”.

Ciencia ciudadana

El físico indica que el equipo se esforzó en no influir a los jugadores y no proporcionó nociones preconcebidas de cómo debía ser resuelto el juego. “Ha sido una buena decisión porque los participantes han encontrado estrategias que eran fundamentalmente diferentes de las que habíamos esperado desde el punto de vista de la física cuántica”, destaca.

Esta misma semana los investigadores tienen previsto lanzar una nueva versión del juego en el que esperan participen muchos más jugadores que les ayuden a resolver “no solo retos de física cuántica, sino preguntas fundamentales sobre cómo y por qué los seres humanos son tan buenos en buscar buenas soluciones a estos desafíos, y a problemas complejos en general”, comenta Sherson.

Los juegos científicos con participación ciudadana habían demostrado ya su eficacia para avanzar en temas como plegamiento de proteínas y mapeado de neuronas. Esta es la primera vez que se aplica a física cuántica.

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Referencia bibliográfica:

Jacob Sherson et al: “Exploring the quantum speed limit with computer games”. Nature (13 abril, 2016)