Quandoom：经典DOOM的量子计算演绎

Quandoom的技术障碍

Quandoom项目设定了雄心勃勃的目标，这些目标鲜明地说明了容错量子计算当前存在的局限性和巨大的资源需求：

• 理论上，原生运行该游戏需要一台拥有72,376个逻辑量子比特的量子计算机，并且每帧需要执行大约8000万个量子门。
• 作为比较：截至2024年末，通用门基量子计算机中物理量子比特数量最多的记录保持者远低于此，通常为数百或数千个（例如，Atom Computing先前宣布的1,225量子比特系统）。此外，这些是物理量子比特，而不是Quandoom的需求所暗示的经过纠错的逻辑量子比特。

这种巨大的差距突显了我们目前离拥有能够原生运行如此复杂应用程序的量子硬件还有多远。

在经典计算机上的模拟：一种变通方法

由于目前没有量子计算机可以运行Quandoom，因此开发者Luke Mortimer设计了一种创造性的变通方法来演示这个概念：

• 他创建了一个轻量级的 QASM (量子汇编语言) 模拟器，旨在在传统的经典计算机上运行。QASM是量子电路的常用中间表示。
• 值得注意的是，这个模拟器本身仅由大约150行C++代码组成。
• 在普通笔记本电脑上运行Quandoom的模拟可以达到每秒10-20帧的帧率。
• 执行此模拟需要5-6 GB的RAM，这突显了即使是游戏的简化版本，仅模拟所涉及的复杂量子操作也需要大量的经典资源。

该游戏（作为模拟）可以从GitHub下载，运行它只需将QASM文件拖到模拟器的可执行文件上即可。

受约束塑造的独特游戏体验

Quandoom不仅仅是一个技术概念验证；它提供了一种独特的游戏体验，这种体验受量子计算的理论约束所支配：

• 它使用了线框图形，让人联想到1980年代的矢量图形街机射击游戏。
• 这种“X射线模式”的美学具有双重目的：它赋予游戏独特的外观，同时显着简化了视觉计算，使其在量子框架内更易于管理。
• 游戏缺少颜色、音乐和声音效果，进一步减少了计算开销。
• 敌人被限制在一个房间内。
• Imp敌人的标志性火球攻击被替换为即时命中武器（如原始DOOM中的手枪或链枪）。

这些重大修改是必要的妥协，因为量子计算原理存在局限性，特别是量子运算必须是可逆的这一基本要求。在遵守可逆性的前提下实现复杂的游戏逻辑、物理和渲染是一项重大挑战。

来源：https://github.com/Lumorti

开发过程和未来展望

Quandoom的创建者Luke Mortimer花费了大约一年的时间开发该项目：

• 这包括编写大约8,000行C++代码，以构建一个小型3D引擎并使用量子寄存器表示来实现游戏逻辑。
• 他采用了量子算法设计所需的创新技术，例如辅助位系统（使用临时量子比特进行中间计算）、垃圾回收系统（取消计算临时结果并保持可逆性）和量子子程序系统。
• 目前，只有第一关（E1M1）可以以这种模拟形式进行游戏。但是，该项目的GitHub页面表明，如果社区有足够的兴趣，则有可能在未来进行扩展并发布C++源代码。

总结

Quandoom项目不仅仅是一个有趣的融合游戏和量子计算的实验；它还是一个独特的基准，突显了该技术的潜在应用和当前的实际局限性。虽然在量子计算机上原生运行像DOOM这样的复杂游戏仍然是一个遥远的 перспектива，需要硬件规模和纠错方面的重大突破，但Quandoom创造性地展示了将经典问题映射到量子架构所需的那种思维方式。

这项举措可以激励开发人员和研究人员继续探索量子计算的边界，设计新颖的量子算法，并可能在未来发现完全适合量子领域的全新交互和游戏形式。