Quantum Backrooms – Ko se video igre srečajo s kvantnim računalništvom

Kvantno računalništvo in z njim povezani algoritmi počasi, a vztrajno prodirajo v vse več področij računalništva. Ob njihovi praktični uporabi verjetno najprej pomislimo na finance, kibernetsko varnost, optimizacijo ali znanstvene raziskave. Videoigre? Verjetno nekoliko težje.

Pa vendar je kvantno računalništvo našlo svojo pot tudi v gaming. Na letošnjem Gamescomu smo obiskali predstavitev igre Quantum Backrooms, za katero se za nekoliko skrivnostnim imenom skriva precej zanimiv eksperiment: kaj se zgodi, če pri ustvarjanju igralnega sveta uporabimo dejanski kvantni računalnik?

Za projektom stoji Moth, podjetje, ki se ukvarja z razvojem kvantnih aplikacij za medije, zabavo in kreativne industrije. Njihov cilj je kvantno računalništvo prenesti iz raziskovalnega okolja tudi v roke ustvarjalcev, med drugim razvijalcev videoiger. Quantum Backrooms je eden od precej nazornih prikazov, kako bi lahko takšna prihodnost izgledala.

Backrooms, ki jim res ne moremo zaupati

Če ste se že kdaj srečali s konceptom Backrooms, potem veste, da občutek izgubljenosti ni ravno nezaželen stranski učinek – je praktično celotna poanta. Neskončni hodniki, prostori, ki so si med seboj sumljivo podobni, in neprijeten občutek, da nekaj preprosto ni tako, kot bi moralo biti.

Quantum Backrooms vzame to idejo in ji doda še eno plast nepredvidljivosti.

Na Gamescomu smo si igro ogledali v okviru vodene demonstracije, kjer smo lahko videli, kako se labirint spreminja neposredno med igranjem. Cilj se na prvi pogled zdi precej preprost: znajti se v prostoru in poiskati pot skozi nivo. Težava nastane, ko ugotovimo, da se na svoj spomin ne moremo povsem zanesti.

Stena, ki je bila prej na enem mestu, se lahko spremeni, prehod se lahko pojavi tam, kjer ga prej ni bilo, konfiguracija labirinta pa ni nujno več takšna, kot smo jo videli nekaj trenutkov prej.

Igra vsebuje deset nivojev, pri igranju pa lahko izbiramo tudi med različnimi stopnjami težavnosti. In prav pri tem postane stvar zanimiva, saj težavnost ni povezana zgolj s klasičnim dodajanjem ovir. Za spreminjanjem labirinta se namreč skriva sistem, zaradi katerega ima beseda “Quantum” v naslovu precej bolj dobeseden pomen, kot bi morda pričakovali.

Kaj sploh je kubit?

Preden se lotimo razlage, kako lahko kvantni računalnik vpliva na postavitev sten v videoigri, moramo najprej odgovoriti na precej osnovno vprašanje – kaj sploh je kubit?

Klasični računalniki informacije shranjujejo in obdelujejo s pomočjo bitov. Posamezen bit ima lahko eno od dveh vrednosti: 0 ali 1. Kubit oziroma kvantni bit je osnovna enota informacije v kvantnem računalniku, vendar se zaradi zakonov kvantne mehanike obnaša nekoliko drugače.

Poleg stanj 0 in 1 se lahko kubit nahaja tudi v njuni superpoziciji. Poenostavljeno to pomeni, da njegovo stanje pred meritvijo ni omejeno zgolj na eno od obeh možnosti, temveč ga opisuje kombinacija obeh z določenimi verjetnostnimi amplitudami. Ko kubit izmerimo, pa dobimo konkreten rezultat – 0 ali 1.

Ko povežemo več kubitov, postane stvar še zanimivejša. Kvantni sistemi lahko izkoriščajo pojave, kot sta prepletenost in interferenca, s katerimi kvantni algoritmi manipulirajo verjetnostmi različnih možnih rezultatov.

In prav dejstvo, da kvantni sistem ni omejen na eno samo klasično konfiguracijo, je pomembno za razumevanje naslednjega dela zgodbe. Kajti razvijalci Quantum Backrooms so našli precej dobeseden način, kako obnašanje kubitov spremeniti v nekaj, kar lahko igralec vidi – v stene in prehode labirinta.

Kaj imajo kubiti s stenami?

In tukaj pridemo do dela, zaradi katerega Quantum Backrooms ni zgolj še ena igra, ki si je besedo »quantum« izposodila zato, ker zveni futuristično.

Zemljevidi v igri so ustvarjeni na podlagi podatkov resničnih kvantnih procesorjev oziroma QPU-jev (Quantum Processing Units). Posamezen kubit na kvantnem procesorju je preslikan v določen del oziroma kvadrat labirinta, odnosi med sosednjimi kubiti pa pomagajo določiti njegovo strukturo – med drugim, kje se pojavijo stene in kje ostanejo odprti prehodi.

Rezultat ni en sam nespremenljiv zemljevid. Kvantni sistem lahko predstavlja superpozicijo različnih možnih konfiguracij labirinta, iz katere so razvijalci pridobili več različnih rezultatov. Prav med temi možnostmi se lahko okolje med igranjem spreminja.

V praksi to pomeni nekaj precej neprijetnega za vsakogar, ki se pri orientaciji zanaša na spomin. Obrnemo se, naredimo nekaj korakov in se želimo vrniti po isti poti, vendar nas lahko tam pričaka stena, ki je prej ni bilo. Prehod, za katerega smo bili prepričani, da obstaja, lahko izgine, drugje pa se lahko pojavi nova pot.

Kot da Backrooms že sami po sebi niso bili dovolj zmedeni.

Ali to pomeni, da igro poganja kvantni računalnik?

Ne čisto.

Čeprav Quantum Backrooms uporablja rezultate, ustvarjene na pravih kvantnih procesorjih, našega premikanja po labirintu kvantni računalnik ne preračunava v realnem času. Kvantni del procesa se izvede vnaprej, igra pa nato uporablja rezultate, pridobljene s kvantne strojne opreme.

Za samo izvajanje igre je še vedno zadolžen povsem običajen klasični računalnik.

To pa ne pomeni, da je povezava s kvantnim računalništvom zgolj marketinška. Moth je za ustvarjanje Quantum Backrooms uporabljal dejanske kvantne procesorje, med drugim sisteme IBM Quantum in IQM, razvijalci pa so eksperimentirali tudi s procesorji Rigetti. Pri IBM-u so prišli celo do izvajanja na 120 kubitih.

Quantum Backrooms tako ni simulacija tega, kako bi lahko nekoč izgledala igra, povezana s kvantnim računalnikom. Podatki, iz katerih nastajajo njeni labirinti, dejansko izvirajo iz kvantne strojne opreme.

Ko napaka postane del igre

Današnji kvantni računalniki še zdaleč niso popolni. Kubiti so izredno občutljivi na motnje iz okolja, njihove operacije in meritve pa spremljajo napake oziroma tako imenovani kvantni šum.

V večini primerov je takšen šum nekaj, kar želijo raziskovalci čim bolj omejiti. Quantum Backrooms pa njegove posledice obrne sebi v prid.

Ker so posamezni deli zemljevida neposredno povezani s kubiti na resničnem kvantnem procesorju, se lahko nepravilnosti v njihovem delovanju odrazijo tudi v ustvarjenem labirintu. Če torej naletimo na del nivoja, ki deluje še posebej kaotično ali preprosto nima smisla, je lahko eden od razlogov prav obnašanje kubitov, iz katerih je bil ta del zemljevida ustvarjen.

Moth lahko na podlagi istih podatkov celo izdela nekakšen toplotni zemljevid kvantnega procesorja, s katerim je mogoče opazovati, kateri njegovi deli so se obnašali bolje in kateri slabše. Razvijalci sicer poudarjajo, da Quantum Backrooms ni namenjen rigoroznemu benchmarkingu kvantnih procesorjev, ponuja pa precej nenavaden način, kako lahko posledice njihovega delovanja izkusimo tudi brez laboratorija.

Povedano drugače: če se vam zdi, da se je nekemu delu labirinta popolnoma zmešalo, obstaja možnost, da kubiti tisti dan preprosto niso bili najboljše volje.

Kako pa se vse skupaj dejansko igra?

Za vso kvantno tehnologijo se na koncu skriva precej preprost cilj: najti pot iz labirinta, preden izgubimo razum.

Quantum Backrooms ponuja tri načine igranja – Story, First-Person (3D) in Arcade (2D). V prvoosebnem načinu se znajdemo neposredno med značilnimi rumenkastimi hodniki Backrooms, medtem ko nam Arcade ponudi pogled na labirint od zgoraj. Ne glede na izbrani način pa osnovni problem ostaja enak: priti moramo do naslednjega nadstropja, pri tem pa se ne moremo popolnoma zanesti na prostor okoli sebe.

In ravno tukaj kvantna mehanika iz zanimive tehnološke demonstracije postane dejanska igralna mehanika.

Če se po hodniku odpravimo v napačno smer, ni nujno, da se bomo lahko preprosto obrnili in vrnili po isti poti. Ko določenega dela prostora ne opazujemo več, se lahko njegova konfiguracija spremeni. Prehod, skozi katerega smo prišli, nas tako ob vrnitvi morda ne bo več čakal.

Ob tem moramo paziti še na merilnik “Sanity”. Naš cilj zato ni zgolj tavati po kvantnem labirintu, dokler po naključju ne najdemo izhoda, temveč se skozi spreminjajoče se okolje prebiti dovolj hitro, da dosežemo zadnje nadstropje, preden nam zmanjka razuma.

Kar je, glede na to, da se lahko za našim hrbtom premikajo stene, nekoliko lažje reči kot narediti.

Quantum Backrooms v praksi

Na Gamescomu smo se po predstavitvi teorije lahko v kvantni labirint podali tudi sami. Različica igre, ki smo jo preizkusili na sejmu, nam je ponujala šest različnih nastavitev težavnosti, zato smo lahko že pred vstopom v Backrooms izbrali, kako neprizanesljiv naj bo naš sprehod skozi kvantni labirint.

Na papirju se ideja spreminjajočega se kvantnega labirinta morda sliši nekoliko abstraktno. V praksi sem potrebovala približno nekaj obratov okoli lastne osi, da mi je igra zelo nazorno razložila, kaj ima v mislih.

V nekem trenutku sem se namreč znašla ujeta med tremi stenami. Edina prazna stran je bila za mojim hrbtom. Logična rešitev? Obrni se in pojdi skozi odprtino.

Quantum Backrooms se s tem očitno ni strinjal.

Takoj ko sem se obrnila, je tam stala stena. Za mojim hrbtom pa je bila – seveda – ponovno odprtina. Obrnila sem se še enkrat. Nova stena. Odprtina spet za mano. Še enkrat. Isto.

Po nekaj neuspešnih poskusih sem se tako znašla v nekoliko absurdnem položaju, kjer sem tehnično imela izhod, praktično pa do njega nisem mogla priti, ker je vztrajno obstajal samo za mojim hrbtom.

Medtem ko sem se vrtela na mestu in poskušala kvantni računalnik prepričati, naj mi vendarle pusti oditi, pa je igra imela še eno težavo zame – merilnik sanity. Ta se je med mojim neuspešnim reševanjem situacije vztrajno praznil, dokler me ni na koncu premagal.

Po pravici povedano, če bi se vsakič, ko se obrnem, pred mano pojavila nova stena, bi verjetno tudi v resničnem življenju precej hitro izgubila razum.

In ravno ta trenutek je precej dobro povzel celotno idejo Quantum Backrooms. Kvantna tehnologija ni nekaj, kar bi se skrivalo samo nekje v ozadju igre. Njene posledice postanejo problem, ki ga mora igralec dejansko rešiti – oziroma, v mojem primeru, neuspešno poskušati rešiti, dokler ne izgubi sanityja.

Več kot samo ena nenavadna igra

Quantum Backrooms pa je zanimiv tudi kot prikaz nekoliko širše ideje, ki jo želi Moth približati ustvarjalcem.

Podjetje na Gamescomu predstavlja tudi svojo platformo Moth Platform, katere namen je ustvarjalcem omogočiti uporabo dejanske kvantne strojne opreme pri lastnih projektih. Med potencialnimi uporabniki ne vidijo zgolj raziskovalcev in kvantnih programerjev, temveč tudi razvijalce videoiger, vizualne umetnike, glasbenike in druge ustvarjalce.

Quantum Backrooms lahko zato razumemo tudi kot demonstracijo tega, kaj bi lahko s takšnim pristopom nastalo.

Danes govorimo o labirintu, katerega strukturo določajo rezultati kvantnega procesorja. Jutri bi lahko podobne principe uporabili pri proceduralnem ustvarjanju svetov, oblikovanju igralnih mehanik ali drugih elementih, pri katerih razvijalci iščejo nove vire kompleksnosti in nepredvidljivosti.

To seveda še ne pomeni, da bodo naši gaming računalniki čez nekaj let poleg CPU-ja in grafične kartice potrebovali še QPU. Quantum Backrooms prej kaže nekaj drugega: kvantni računalnik lahko postane dodatno orodje v procesu ustvarjanja igre.