Quandoom: Квантовый взгляд на классический DOOM

Gábor Bíró • 29 сентября 2024 г.
4 мин. чтения

Сближение индустрии видеоигр и квантовых вычислений открывает захватывающие, хотя и сложные, новые горизонты. Одним из самых интригующих примеров этого пересечения является Quandoom, адаптация культового шутера от первого лица DOOM, теоретически разработанная для работы на квантовом компьютере. Но насколько осуществим такой квантовый скачок в разработке игр сегодня?

Quandoom: Квантовый взгляд на классический DOOM
Источник: Forrás: https://github.com/Lumorti

Технические препятствия Quandoom

Проект Quandoom ставит амбициозные цели, которые наглядно иллюстрируют текущие ограничения и огромные потребности в ресурсах отказоустойчивых квантовых вычислений:

  • Для нативного запуска игры теоретически потребуется квантовый компьютер с 72 376 логическими кубитами и выполнение приблизительно 80 миллионов квантовых вентилей на кадр.
  • Для сравнения: текущий рекордсмен по наибольшему количеству физических кубитов в универсальном квантовом компьютере на основе вентилей (по состоянию на конец 2024 года) значительно ниже, часто исчисляется сотнями или немногими тысячами (например, ранее анонсированная Atom Computing система на 1225 кубитов). Более того, это физические кубиты, а не логические кубиты с исправлением ошибок, подразумеваемые требованиями Quandoom.

Этот огромный разрыв показывает, как далеко мы сейчас находимся от наличия квантового оборудования, способного нативно запускать приложения такой сложности.

Моделирование на классических компьютерах: обходной путь

Поскольку ни один существующий квантовый компьютер не может запустить Quandoom, разработчик, Люк Мортимер, придумал креативный обходной путь для демонстрации концепции:

  • Он создал легкий QASM (Quantum Assembly Language) симулятор, предназначенный для работы на обычных классических компьютерах. QASM — это распространенное промежуточное представление для квантовых схем.
  • Примечательно, что сам этот симулятор состоит всего из около 150 строк кода на C++.
  • Запуск моделирования Quandoom на обычном ноутбуке обеспечивает частоту кадров 10-20 кадров в секунду.
  • Выполнение этого моделирования требует 5-6 ГБ оперативной памяти, что подчеркивает значительные классические ресурсы, необходимые только для моделирования сложных квантовых операций, даже для упрощенной версии игры.

Игру (в виде симуляции) можно скачать с GitHub, и для ее запуска достаточно просто перетащить QASM-файл на исполняемый файл симулятора.

Уникальный игровой процесс, сформированный ограничениями

Quandoom — это не просто техническое доказательство концепции; он предлагает уникальный игровой процесс, продиктованный теоретическими ограничениями квантовых вычислений:

  • В нем используется каркасная графика, напоминающая векторные аркадные шутеры 1980-х годов.
  • Эта эстетика «рентгеновского режима» служит двойной цели: она придает игре уникальный вид, одновременно значительно упрощая визуальные вычисления, делая их более управляемыми в квантовой среде.
  • В игре отсутствуют цвета, музыка и звуковые эффекты, что еще больше снижает вычислительные издержки.
  • Враги ограничены одной комнатой.
  • Характерная атака огненным шаром противника Imp заменена оружием мгновенного поражения (таким как пистолет или пулемет из оригинальной DOOM).

Эти существенные модификации были необходимыми компромиссами из-за ограничений, налагаемых принципами квантовых вычислений, особенно фундаментальным требованием обратимости квантовых операций. Реализация сложной игровой логики, физики и рендеринга при соблюдении обратимости является серьезной проблемой.

Quandoom gameplay showing wireframe graphics
Источник: https://github.com/Lumorti

Процесс разработки и будущие перспективы

Люк Мортимер, создатель Quandoom, потратил около года на разработку проекта:

  • Это включало написание около 8000 строк кода на C++ для создания небольшого 3D-движка и реализации игровой логики с использованием представлений квантовых регистров.
  • Он использовал инновационные методы, необходимые для разработки квантовых алгоритмов, такие как вспомогательная система кубитов (использование временных кубитов для промежуточных вычислений), система сборки мусора (для отмены вычисления временных результатов и поддержания обратимости) и система квантовых подпрограмм.
  • В настоящее время в этой смоделированной форме играбелен только первый уровень (E1M1). Однако на странице проекта GitHub указывается на потенциальную возможность будущего расширения и выпуска исходного кода C++, если будет достаточный интерес со стороны сообщества.

Краткое содержание

Проект Quandoom — это больше, чем просто интересный эксперимент, сочетающий игры и квантовые вычисления; он служит уникальным эталоном, подчеркивающим как потенциальные применения, так и текущие практические ограничения технологии. Хотя нативный запуск сложных игр, таких как DOOM, на квантовых компьютерах остается отдаленной перспективой, требующей значительных прорывов в масштабировании оборудования и исправлении ошибок, Quandoom творчески демонстрирует тип мышления, необходимый для отображения классических задач на квантовые архитектуры.

Эта инициатива может вдохновить разработчиков и исследователей на дальнейшее изучение границ квантовых вычислений, разработку новых квантовых алгоритмов и, возможно, открытие совершенно новых форм взаимодействия и игрового процесса, уникально подходящих для квантовой реальности в будущем.

Gábor Bíró • 29 сентября 2024 г.