Gamifier la mécanique quantique

A l’heure où de plus en plus de voix se font entendre pour annoncer le dépassement de l’intelligence humaine par son équivalent artificiel, les « jeux scientifiques » comme Foldit nous montrent qu’il y a encore de la place pour l’intuition spécifiquement humaine. Mais si ces jeux sont aujourd’hui légion en biologie, peut-on les utiliser dans des domaines conceptuellement bien plus ardus, comme la mécanique quantique ?

Un article récemment publié dans Nature (derrière un paywall mais une version « prépublication » est disponible dans ArXiv) pointe sur le succès d’un jeu dédié à ce champ d’études, Quantum Moves. Ce jeu scientifique a été créé par des chercheurs de l’université d’Aarhus au Danemark, sous la direction de Jacob Sherson.

Nous avions déjà mentionné ce projet il y a quelque temps, mais à l’époque il n’était pas disponible. Il peut aujourd’hui être téléchargé ici, pour Windows ou pour Mac.

Comment transporter un atome sans en renverser partout

qumovesA quoi ressemble ce jeu ? En gros il est destiné à tester la « vitesse quantique limite ». Rappelons que pour fonctionner, un ordinateur quantique doit opérer de manière isolée du reste du monde extérieur. Il faut donc travailler sur les atomes assez rapidement, car plus l’opération est longue, plus les chances que la décohérence opère augmentent. Mais on ne peut pas être trop rapide non plus ! Dans Quantum Moves, on essaie donc de déplacer un atome qui est représenté, non pas sous la forme d’une petite boule ou d’un système solaire, comme on l’imagine couramment, mais plutôt comme un liquide qui a tendance à s’éparpiller le long d’une courbe. Lorsque le liquide est cantonné dans une seule région, cela veut dire que sa probabilité de se trouver dans un état donné reste contrôlable. En revanche, si le liquide se répand un peu partout, cela qui signifie que ses probabilités de se trouver dans des états différents se multiplient. On perd le contrôle.

Comment faire donc pour déplacer l’atome le plus vite possible sans l’éparpiller ? Voilà une chose que les ordinateurs ont un grand mal à calculer. Dans Quantum Moves, ce sont des humains qui s’en chargent, en manipulant un curseur (qui représente un rayon laser) qui, en changeant la forme de la courbe, permettra de déplacer le « liquide » de la manière la plus optimale possible.

Lorsque les chercheurs danois recevaient des solutions imaginées par les humains, ils les soumettaient à un programme informatique qui les perfectionnait quelque peu. Selon Nature, »non seulement plus de la moitié des solutions d’inspiration humaine se sont révélées plus efficaces que celles produites uniquement par des algorithmes informatiques, mais les deux meilleures de ces stratégies hybrides se sont avérées plus rapides que celles que les ordinateurs les plus puissants ont été en mesure de trouver tout seuls. «J’ai été totalement surpris quand nous avons vu les résultats», a déclaré Sherson. »

Cette notion d' »hybridation » entre intelligence artificielle et humaine n’est pas nouvelle, on la retrouve par exemple dans l’expérience menée par Gary Kasparov et son « advanced chess », qui consistait à opposer non pas des humains contre des machines, mais des « couples » constitués par un humain assisté par un logiciel d’échecs.

Sociologie du joueur « scientifique »

Dans un autre papier publié sur ArXiv, les concepteurs de Quantum Moves se livrent à un exercice de sociologie sur leurs joueurs. Qui se livre exactement à ce genre d’activité « ludo-scientifiques ». Des chercheurs ? Des amateurs complets ? Des jeunes des vieux, des hommes, des femmes ?

L’équipe a ramassé le maximum de data sur les joueurs ( à noter que lors de la création d’un compte utilisateur, on demande non seulement le mail au joueur, mais également son genre et sa date de naissance, ce qui peut paraitre un peu invasif si on ne comprend pas les raisons de ces questions).

Les concepteurs ont donc cherché à savoir qui participait au jeu, et pour cela, ils ont établi différentes catégories sur la manière dont les joueurs ont été mis en contact avec Quantum Moves. Il y avait tout d’abord les étudiants de faculté qui avaient assisté à des cours et qui avaient été « forcés » de s’inscrire. Ensuite, les gens qui s’étaient rendus volontairement à des événements organisés autour du jeu, comme des conférences. Enfin, ceux qui avaient découvert le jeu via leur surf ou d’autres activités en ligne. Ils sont ensuite essayés de dégager une typologie des joueurs les plus tenaces, et ceux qui développaient les meilleures compétences. Dans leur enquête, ils ont même réussi à déterminer des « héros », ceux qui avaient progressé le plus loin dans la maîtrise du jeu.

Cette recherche a donné quelques résultats surprenants. Ainsi, si le gros des joueurs vient de l’internet, les plus tenaces ont été des personnes qui ont participé à des événements live, sans pour autant disposer de connaissances avancées en physique. A noter aussi que les femmes sont souvent meilleures que les hommes, même si ces derniers jouent plus souvent quotidiennement.

Le papier nous présente trois de ces « héros » de Quantum Moves, désignés par leur pseudo dans le jeu, Sus, shb et meilby. Sus est une femme de 40 ans vivant au Danemark (pays d’origine des chercheurs, il est donc normal que cette population soit majoritairement représentée dans le sondage), comptable de profession. Elle s’est inscrite après une conférence d’un des chercheurs sur les rapports entre sécurité informatique et ordinateurs quantiques. Fait remarquable, elle n’avait jamais jusqu’ici joué à un jeu vidéo, et a participé parce qu’elle savait que sa pratique « aiderait vraiment la science« .

Les auteurs du papier en concluent que « Sus » est la preuve que Quantum Moves ne recrute pas majoritairement chez les « gamers » (quoique, notent-il, les femmes de plus trente ans constituent aujourd’hui la population de joueurs qui s’étend le plus rapidement)

« shb » possède un profil un peu plus classique. C’est une lycéenne âgée de 17 ans, membre d’association de jeunes passionnés de science. Elle aussi s’est inscrite après avoir assisté à une conférence. Interrogée sur ses motivations elle a répondu que « c’était amusant d’y jouer« , et qu’elle savait qu’ainsi « elle aidait la science« .

Le dernier « héros » interrogé, meilby, est un chauffeur de taxi qui ne dispose d’aucune connaissance en physique au-delà de ce qu’on apprend au lycée. Son cas est intéressant, nous expliquent les auteurs, parce qu’il a réussi, sans la formation nécessaire, à comprendre par ses propres moyens ce qu’on appelle l’effet tunnel, le processus par lequel une particule quantique est capable de « sauter » d’un état à un autre sans passer par les étapes intermédiaires.

L’équipe a mis au point un jeu dérivé, Quantum Shooter, dans lequel il faut détruire des « araignées » envahissant un circuit imprimé. qushooterOn doit pour cela récupérer des armes, ce qui est possible en « transportant » correctement un atome à la bonne vitesse, comme dans Quantum Moves. Il n’y pas ici de « crowdsourcing ». Il ne vous est pas demandé de vous logger, par conséquent vos résultats ne sont pas analysés par une équipe de scientifiques. En revanche ce jeu innove en mixant l’apport des jeux scientifiques avec du game design plus classique. On peut rêver aux Foldit ou aux Quantum Moves de demain, intégrés au coeur de la structure ludique de « grands jeux » comme Elder Scrolls ou Civilization…

Rémi Sussan

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1 commentaire

  1. Intéressant mais on ne comprend pas:

    – pourquoi le problème de « déplacer l’atome le plus vite possible sans l’éparpiller » est difficile pour un ordinateur ?
    D’ailleurs, ça serait assez ironique que ce soit facile pour un ordinateur quantique mais pas pour un ordinateur classique.

    – en quoi, compte tenu de la couche d’abstraction, des connaissances en physique constitueraient a priori un avantage ? Je n’ai pas besoin de connaître l’art de la guerre pour maîtriser les échecs.

    Le jeu n’est pas disponible sur Linux hors Android, donc ce sera sans moi…

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