Manusia komputer terbaik dalam permainan penjambretan atom

Dalam upaya terbaru untuk membujuk orang-orang biasa melakukan pekerjaan ilmiah, fisikawan telah meminta gamer online untuk mencari cara tercepat untuk mengambil dan memindahkan atom dengan seberkas cahaya. Yang mengejutkan, orang-orang yang bermain game online muncul dengan strategi yang lebih baik untuk memindahkan atom daripada algoritma komputer saja. Memang, mereka menemukan solusi yang lebih cepat daripada apa yang diasumsikan oleh fisikawan adalah batas kecepatan yang ditetapkan oleh mekanika kuantum itu sendiri.

"Apa yang kami pikir adalah batas kecepatan kuantum berdasarkan simulasi numerik bukan, pada kenyataannya, batas kecepatan kuantum, " kata Sabrina Maniscalco, seorang ahli fisika teori di Universitas Turku di Finlandia yang tidak terlibat dalam pekerjaan. Tommaso Calarco, seorang ahli teori di Universitas Ulm di Jerman yang juga tidak terlibat dalam pekerjaan, mencatat bahwa permainan baru berbeda dari kebanyakan game sains crowdsourced, yang terutama bergantung pada kemampuan manusia untuk mengenali gambar dan pola spasial. "Ini jenis intuisi visual yang berbeda, " katanya. "Yang saya sukai tentang itu adalah mereka tidak tahu bagaimana para pemain melakukannya."

Dikenal sebagai Bring Home Water, gim ini adalah bagian dari serangkaian game yang disebut Quantum Moves, yang terbaru dari daftar gim ilmiah crowdsourced yang terus bertambah. Sejak 2007, "ilmuwan warga" telah membantu para astronom mengklasifikasikan jutaan galaksi dalam proyek Kebun Binatang Galaxy. Selama hampir sama, mereka telah membantu ahli biologi struktural mencari tahu bagaimana protein terlipat dalam permainan Foldit . Dan sejak 2012, mereka telah membantu ahli saraf melacak neuron spidery otak di game Eyewire . Permainan-permainan itu terutama tergantung pada kemampuan seseorang untuk mengenali pola spasial — misalnya, Anda tahu galaksi elips ketika Anda melihatnya.

Sebaliknya, Bring Home Water bergantung pada kemampuan orang untuk melakukan tugas yang melibatkan gerakan dinamis. Pengguna harus mengambil dan memindahkan atom dengan simulasi titik sinar laser. Agar akurat, atom dan sinar laser harus dimodelkan sesuai dengan mekanika kuantum. Jadi dalam permainan, atom bukanlah bola yang sederhana, tetapi diwakili oleh gelombang kuantum yang panjang dan beriak. Ketinggian gelombang pada titik mana pun memberikan kemungkinan menemukan atom di lokasi itu. Sebagai permulaan, gelombang kuantum atom mengisi "potensi" yang mirip lembah, yang berfungsi sebagai jebakan yang menahan atom mirip gelombang pada posisi awalnya. Sinar laser adalah lembah kedua yang pengguna dapat bergerak ke samping dan membuat lebih dalam atau lebih dangkal. Kuncinya adalah untuk mendapatkan gelombang kuantum ke "aduk" dari potensi tetap ke yang bergerak dan kemudian untuk membawa kembali ke zona drop-off. Manipulasi semacam itu secara rutin dilakukan dengan atom-atom nyata yang terperangkap dalam bintik-bintik sinar laser dan diseret dengan "pinset optik".

Jacob Sherson, ahli fisika di Aarhus University di Denmark yang memimpin tim yang mengembangkan permainan, mengatakan dia berharap orang akan gagal total dalam tugas itu. "Saya pikir kami akan melakukan ini, dan kami akan menemukan bahwa itu tidak berhasil, " katanya. "Itu adalah salah satu kejutan terbesar, bahwa jika Anda memberi orang 1 atau 2 detik mereka datang dengan solusi yang lebih baik daripada yang ada di komputer."

Sherson dan rekannya membandingkan kinerja orang-orang dengan program komputer yang dikenal sebagai algoritma Krotov, yang dimulai dengan lintasan acak "seed" dan kemudian mencari cara tercepat untuk mengambil atom. Jika diberi waktu yang cukup, program komputer menyambar atom dengan keandalan lengkap. Namun, di bawah waktu tertentu, tingkat keberhasilan program merosot ke nol. Fisikawan telah mengasumsikan bahwa falloff dihasilkan dari batas kecepatan kuantum mendasar yang ditetapkan oleh parameter seperti kedalaman maksimum potensial yang mewakili sinar laser.

Namun, pengguna manusia dapat menemukan cara untuk memindahkan sinar laser yang bekerja lebih cepat daripada algoritma komputer saja, Sherson dan rekannya melaporkan secara online hari ini di Nature . Ketika solusi manusia digunakan sebagai titik awal untuk algoritma komputer, itu bekerja 30% lebih cepat daripada sendiri. Selain itu, orang menemukan dua kelas gerakan umum. Yang pertama, mereka memindahkan lembah untuk laser tepat di sebelah satu untuk perangkap untuk menghasilkan lembah ganda dan menunggu ombak menabrak yang lain. Solusi "tunneling" itulah yang akan dicoba oleh seorang fisikawan, Sherson mengatakan. Yang kedua, mereka memindahkan lembah laser melewati jebakan dan membuatnya lebih dalam, menyebabkan gelombang untuk kembali ke daerah drop-off. Solusi shoveling novel ini menunjukkan potensi gamer untuk menemukan hal-hal baru, kata Sherson.

Bring Home Water memiliki sekitar 10.000 pemain dan mungkin terlalu sederhana untuk menjadi sangat populer, Maniscalco mengatakan: "Ini masih bukan salah satu game yang dimainkan orang-orang seperti orang gila seperti Angry Birds ." Namun, dia mengatakan dia berharap untuk melihat lebih banyak game yang melibatkan apa yang disebut kontrol kuantum. Sementara itu, Bring Home Water telah meninggalkan fisikawan kuantum dengan teka-teki, kata Calarco. Mereka berasumsi bahwa algoritma komputer seperti algoritma Krotove conk karena mereka telah mencapai batas kecepatan kuantum. Sekarang, tampaknya analisis itu keliru. Fisikawan berencana mengadakan konferensi Juni ini, kata Calarco, untuk mencari tahu bagaimana mereka dapat menentukan apa batas kecepatan kuantum sebenarnya.