Arvutimäng muudab kvantmaailma eksperdiks ka paadunud humanitaari ({{contentCtrl.commentsTotal}})

QuantumMoves.
QuantumMoves. Autor/allikas: ScienceAtHome

Aatomite maailmas pole miski kindel ja kui miski pole kindel, siis on kõik võimalik. Värske teadusuuring näitlikustab, et sobivasse vormi valatuna muutuvad kvantmaailma veidrused intuitiivselt mõistetavaks isegi paadunud humanitaaridele, võimaldades lahendada neil mängu peidetud probleeme kiiremini kui superarvutid.

Sõda arvuti ja inimese vahel?

''Me näeme sõda inimeste ja arvutite vahel – viimati AlphaGo näitel go-mängus, varem ka Atari mängude vallas – ja tundus, et me kaotame igal rindel. Kuid meie tulemused ja kodanikuteadus laiemalt näitab, et leidub endiselt valdkondi, kus oleme inimestena ainulaadsed ja arvutitest paremad,'' sõnas Jacob Sherson, Taanis Aarhusi ülikooli kvantarvutite arendamisega tegelev kvantfüüsik.

Mõneski mõttes kujutavad Shersoni hinnangul interneti vahendusel teadusprobleemide lahendamisse oma panuse andvad tuhanded vabatahtlikud lakmuspaberit, kui kaugele on algoritmide ja arvutisüsteemide arendamisega tänaseks jõutud. Näiteks võib oodata, et mustrite äratundmise vallas tehtavad edusammud muudavad ühel hetkel mõttetuks galaktikate ja loomade käsitsi klassifitseerimise.

Kuid vastav võimekus on vaid inimintellekti üks osa. Sama võib öelda go-mängu kohta. ''See pole inimeste vaimsete võimete lagi. Oleme liiga pessimistlikud, kui ütleme, et go-mängus kaotamise järel on inimkond tervikuna muutunud minevikuigandiks. Arvan, et meie loodud mängud esindavad ehk suuremat inimeseks olemise osa. Need toovad välja meie võime reageerida väga lühikese aja vältel ennustamatutele sündmustele, mis on ellujäämiseks hädavajalik,'' lisas füüsik.

Veeämbrist kvantrütmideni
Nagu mehe elukutse põhjal eeldada võib, lõikab Shersoni töörühm inimaju peidetud potentsiaalist kasu kvantmehaanikaga seotud ülesannete lahendamisel, sealhulgas kvantkiiruspiirangule lähenemiseks. Viimane määrab, kui kiiresti saab kvantarvutitega informatsiooni üleüldse töödelda. See omakorda seab aga piiri kvantarvutite võimsusele.

Arvutialgoritmidega on võimalik küll leida kvantbittide – korraga nii 0, 1 kui ka kõigi nende vahepeale jäävaid väärtusi omavate aineosakeste – liigutamiseks ja tehete tegemiseks erinevaid optimaalseid lahendusi, kuid selleks võib kuluda palju aega. Vähemalt liiga palju aega kvantmaailma konteksis.

Tavalise aatomi kvantbitiks muutva superpositsiooni võib kokku kukutada juba üksik juhuslik valgusosake. Informatsioon läheb kaotsi ja tekib viga. Sisuliselt sarnaneb kvantarvutitega tehete tegemine sõelaga vee kandmisele. ''Arvutid hakkavad otsima ideaalset lahendust ja kaaluvad seda tehes läbi ka kõik need variandid, mis inimintuitsiooni alusel selgelt mõttetuna paistavad. Inimesed jõuavad aga üsna kiirelt piisavalt hea lahenduseni,'' märkis Sherson.

Esmalt tuleb aga kvantmaailm ja selle veidrused suruda inimsilmale hoomatavasse vormi. Unustage keemiaklassist tuttavad piljardikuuli meenutavad aatomid, millel pole päriseluga mingit pistmist. Aatomeid esindab mängus Quantum Moves vähemagi liikumise peale värelema ja loksuma hakkav lillakas vedelik, mille käitumine allub kaugelt keerukamatele seaduspäradele kui vaid gravitatsioon. Hõõrdejõust pole juttugi. Küll aga näiteks tunneliefektist, mille tõttu leiab piisavalt oodates aatomid piltlikult ühe mäekülje asemel teiselt mäeküljelt, kuigi need seejuures mäetippu ei ületanud

''Mängijad saavad selle kõige tabamisega väga hästi hakkama. Nad ei pruugi kvantmehaanikast sisuliselt aru saada, kuid neil tekib sellele vaatamata teatav intuitsioon. Me maalime mõnikord kvantmaailmast mõnikord keerukama pildi, kui see tegelikult on. Kuid sul ei pea tegelikult olema vaistlikuks tunnetuseks sügavat arusaama,'' sõnas füüsik.
Kõige selle eesmärk ja mängu põhituum? Toimetada aatomit tähistav laine võimalikult kiiresti ja väikeste kadudega ühest kaevust teise. Reaalses maailmas liigutab Sherson kogutud teadmiste põhjal optiliste pintsettidega kvantbitte munaresti meenutavas optilise võre ühest punktist teise.

Inim- ja tehismõistuse kooskõla
Kvantbittide liigutamine kujutab endast tüüpilist optimeerimise probleemi. Piltlikult otsivad algoritmid küngastest ja orgudest kubiseval maastikul võimalusi, kuidas jõuda kõige kergema vaevaga kõige lähema künka tippu. Paraku pole algoritmidel mingit aimu, kuskohast täpselt alustada ja valib need eelnevalt antud juhiste põhjal, mis ei pruugi olla alati kõige asjakohasemad. Kõige optimaalse lahenduse leidmiseks peavad seejuures ronima mitmete küngaste tippu ja valima välja neist kõige kõrgema.

Inimesed näevad seevastu tervikpilti ja teavad väga hästi, kust alustada. Veel parema lahenduse leidmiseks võib nende poolt valitud rajad anda seejärel arvutile. Ajakirjas Nature kirjeldatavas töös esitletav põhimõtet demonstreeriv katse haaras 300 inimest, kes mängisid mängu ühte taset kokku 12 000 korda.

''Me olime tulemustest tõsiselt rabatud. Enam kui pooled inimeste lahendustest inspireeritud algoritmid töötasid paremini kui ainult arvuti poolt genereeritud lahendused,'' sõnas Sherson. Kahe kõige parema mängu abil loodud algoritmiga saadud tulemused olid aga paremad, kui olid seni saavutanud kõige kiiremad arvutid üksinda töötades. Füüsik suutis kolleegidega mängu käigus kogutud andmete abil murda seni ületamatuks peetud kvantkiiruspiirangu.

''Võime töö näitel öelda, et oleme usaldanud arvutialgoritme liiga palju,'' lisas Sherson.

Inimlikkuse tuuma otsides
Sheron nendib, et pikemas perspektiivis pole kõigi kvant- või tavaliste probleemide lahendamiseks mängude loomine kõigi mõistlikum. Pikemas perspektiivis tuleks katsuda purki püüda, destilleerida ja tabada just see erilisus, mis muudab inimesed harukordselt loovaks ja kohanemisvõimeliseks. ''Tahaksime mängijate käitumisest õppida ja leida algoritmid, mis võimaldaksid meil seda imiteerida nii hästi kui võimalik. Teisisõnu õpime mängijatelt, saame neist taas lahti ning muudame protsessi uuesti autonoomseks,'' selgitas füüsik.

Tulemuslikuks masinõppeks on aga vaja, et oma panuse annaksid rohkemad inimesed. Seni on mängu mänginud kokku üle kümne tuhande inimese kokku ligikaudu 500 000 korda. Töörühm loodab, et professionaalse mängudisainerite käe alt läbi käinud versiooni mängib vähemalt kümme korda rohkem inimesi.

Kümne miljoni tulemuse põhjal võiks aga võrrelda juba väga häid ja kehvemaid tulemusi saanud mängijate õpikõverat, mille alusel saaks aimu sellest, kuidas inimeste intuitsioon ikkagi tekib ja panna algoritmid leidma lahendusi senisest tulemuslikumalt. Eristama võiks hakata näiteks meeste, naiste, noorte ja vanade vaistu eripärasid. ''Kui me sellega hakkama saame, siis käime Google DeepMindi jälgedes ja see oleks järjekordne võit masinate jaoks ja astume sammu lähemale singulaarsusele,'' märkis Sherson.

Punase ringiga märgitud inimeste leitud parimatest lahendustest. CODER/AU

Ent on ka teine võimalus. ''Võib juhtuda, et me vaatame seda loominguhetke! Inimeste innovatsiooni ja vaistlikku tunnetust ning ei suuda seda eales matemaatiliselt algoritmidena kirja panna! Kui see nii juhtub, siis võibolla oleme 5—10 aasta pärast olukorras, kus on meil terve rida asju, mida me ei suudagi kirjeldada, ükskõik kui palju me ka proovime ning piltlikult on tegu inimlikkuse tuumaga,'' mõtiskles füüsik. Alternatiivselt on õnnestunud kõik algoritmidele taandada ja inimeseks olemine tähendab juba midagi muud.

Vahepeal, kuni arvutiteadlased ühe või teise tulemuseni jõudnud pole, kutsub kvantfüüsik üles kasutama teadustöös inimlikke omadusi senisest rohkem. ''Me peaksime hakkama vaistlikku tunnetust kasutama ja austama igal teadusalal rohkem, kui me seda praegu teeme. Selles peitub rohkelt arvutuslikku võimsust, mida me pole veel kasutanud ja valla päästnud,'' leidis Sherson.

Uuenduskuuri läbinud mängu Quantum Moves on võimalik mängida Android-telefonidel, iPhone'il, Macil ja PC'l.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: