Uma versão para mecânica quântica do antigo jogo de tabuleiro foi demonstrada experimentalmente por físicos na China. Usando fótons emaranhados, os pesquisadores colocaram pedaços (chamados de pedras) em superposições quânticas para aumentar bastante a complexidade do jogo. Eles prevêem a tecnologia que serve como o teste final para jogadores de máquinas que usam inteligência artificial (IA) cada vez mais sofisticada.
Em 1997, o grande mestre de xadrez Garry Kasparov foi derrotado pelo computador Deep Blue da IBM – mas ter uma máquina derrotada como mestre em movimento foi considerado um desafio maior, dado o número muito maior de posições possíveis no tabuleiro em movimento. Os entusiastas do jogo ficaram surpresos em 2016, quando o principal jogador do mundo, o sul-coreano Lee Sedol, foi derrotado por um algoritmo de aprendizado profundo da empresa de IA DeepMind, conhecida como AlphaGo.
Os desenvolvedores de programas de IA agora estão procurando desafios ainda maiores e querem derrotar os humanos em jogos como o pôquer e o mahjong baseado em blocos. Isso envolve aleatoriedade e o que é conhecido como informação imperfeita – o fato de um jogador não poder ver a mão de outro jogador.
Desafio para IA
Agora, Xian-Min Jin, da Universidade de Xangai Jiao Tong, e seus colegas usaram os efeitos contra-intuitivos da mecânica quântica para introduzir esses elementos, o que é determinístico e completamente transparente. Uma versão do “quantum go” foi proposta em 2016 pelo físico André Ranchin, embora isso, como uma abordagem da mecânica quântica no xadrez desenvolvida na mesma época, tivesse um objetivo educacional. No entanto, Jin e seus colegas criaram seu sistema para desafiar os programas de inteligência artificial.
Go envolve dois jogadores alternadamente colocando pedras pretas e brancas nos vértices de 19 linhas e colunas desenhadas em um tabuleiro. Cada jogador tem como objetivo delimitar gradualmente uma área maior do tabuleiro com suas pedras do que a envolvida pelo oponente. No processo, peças rivais são capturadas por cerco.
Embora baseado em algumas regras simples, o jogo tem padrões complexos de jogo. Essa complexidade é aumentada ainda mais em termos quânticos, usando a superposição de estados. Enquanto o movimento clássico envolve cada jogador colocando uma única pedra em cada movimento, a versão quântica faz com que coloque pares de pedras “emaranhadas”. Ambas as peças permanecem no tabuleiro até que entrem em contato com uma pedra em um vértice adjacente; nesse ponto, uma “medida” derruba o par emaranhado, de modo que apenas uma pedra permaneça em jogo.
À medida que cada par emaranhado é adicionado à placa, o número de configurações possíveis é dobrado. Isso torna mais difícil para cada jogador descobrir o melhor curso de ação. Como normalmente, um jogador pode capturar as pedras de um oponente colocando suas próprias peças em todos os vértices vizinhos. Mas essas peças devem ser clássicas. Se alguém estiver em um estado emaranhado, o jogador geralmente não saberá antes de realizar as respectivas medições qual das duas pedras em cada par permanecerá no tabuleiro e, portanto, se conseguirá cercar ou não o oponente.
Informação imperfeita
Jin e colegas explicam que o processo de medição pode ser ajustado através da engenharia do entrelaçamento quântico. Se as duas pedras em cada par estiverem entrelaçadas ao máximo, o resultado da medição será completamente aleatório. Caso contrário, uma pedra terá uma maior probabilidade de permanecer no tabuleiro do que a outra. Com essas probabilidades conhecidas apenas pela pessoa que posiciona as pedras, o jogo perde parte de sua aleatoriedade, mas ganha um elemento de informação imperfeita.
Os pesquisadores chineses colocam essas idéias em prática gerando pares de fótons emaranhados em termos de polarizações, enviando os fótons através de divisores de feixe e medindo a contagem de coincidências em quatro detectores de fóton único. Com um conjunto de saídas correspondente a “0” e outro a “1”, eles foram capazes de gerar e armazenar uma série aleatória de 0s e 1s. Essa série foi usada para atribuir probabilidades de colapso a cada metade de um par de pedras virtuais posicionadas em vértices aleatórios em um quadro virtual por bots da Internet.
Ao gerar continuamente fótons emaranhados e armazenar os resultados das medições, a equipe produziu cerca de 100 milhões de probabilidades de colapso em uma hora. Eles apontam que isso é mais do que suficiente para qualquer jogo normal. De fato, são dados suficientes para suportar um jogo com 10.000 jogadas em um tabuleiro com 10.000 linhas e colunas. Analisando a distribuição de 1s e 0s no tempo, eles também foram capazes de confirmar que não havia correlação significativa entre um ponto de dados e o próximo. Os dados, em outras palavras, eram realmente aleatórios.
Claramente aleatório
Jin ressalta que alguns processos físicos clássicos também podem gerar séries aleatórias de 1s e 0s (em oposição a séries pseudo-aleatórias produzidas por computadores). Mas ele diz que esses processos não são fáceis de manipular. A aleatoriedade que sua equipe gerou, ele argumenta, é em contraste “muito mais clara devido à natureza inerente da mecânica quântica”.
A equipe ressalta que a relação exata entre a complexidade e a dificuldade do quantum go “ainda é uma questão em aberto”, mas argumenta que sua beleza está em poder cobrir uma ampla gama de dificuldades em vez de apenas uma. Aumentando o tamanho do skate virtual e ajustando o emaranhamento, eles afirmam que deve ser possível igualar a dificuldade mesmo dos jogos que escondem mais informações, como o mahjong. Como tal, eles dizem, o quantum go poderia fornecer “uma plataforma versátil e promissora para testar novos algoritmos de inteligência artificial”.
Publicado em 01/08/2020 10h19
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