Kvantinio kompiuterinio stalo žaidimo projektavimas

Nori žaisti? Pasidarykite savo Entanglion kopiją!
Kvantinis skaičiavimas yra greitai bręstantis laukas, kuriame naudojami kvantiniai-mechaniniai reiškiniai, tokie kaip superpozicija ir įsipainiojimas, kad būtų galima atlikti skaičiavimus, kurie klasikiniams kompiuteriams laikomi nepakeičiamais.

Jei nesupratote nė vieno ankstesnio sakinio žodžio, nesate vienas! Pirmasis mano įvadas į kvantinį skaičiavimą buvo, kai buvau universiteto studentas, o draugas man pasakė, kad studijuoja kvantinį skaičiavimą. Paklausiau jo, kas tai yra, ir po penkių minučių aš vis dar negalvojau.

Greitai iki 2016 m. Vidurio prisijungiau prie „IBM Research“ komandos, kuri sukūrė „IBM Q Experience“ ir „QISKit“ ir man reikėjo paspartinti, ką tiksliai reiškia kvantinis skaičiavimas. Perskaičiau visus internetinius vadovus ir vadovėlius, kuriuose galėjau rasti, ir žiūrėjau daugybę vaizdo įrašų, tačiau kiekvieną kartą, kai maniau, kad ką nors suprantu, atsidūriau pradžioje, neturėdamas tvirto suvokimo apie medžiagą. Be to, sąžiningai kalbant, medžiagą buvo sunku suprasti ir paslėpta už matematinių išraiškų sienos. Aš ilgėjausi geresnio būdo, kaip ką nors išmokyti pagrindinių kvantinio skaičiavimo principų.

„Quantum“ + stalo žaidimas = Nuostabus!

Vieną savaitgalį mano vyras (taip pat tyrėjas su IBM) ir aš nusipirkome naują stalo žaidimą, kad galėtume žaisti kartu. Boksas teigė, kad žaidimas truko dvi valandas, tačiau praleidome daug daugiau laiko nei tam, kad išmoktume taisykles, bandydavome žaisti per eilę, darydavome klaidas ir taisydavome jas nuolat remdamiesi taisyklių sąrašu. Pabaigoje mes galėjome žaisti visą žaidimą (ir kaip įprasta, aš laimėjau!), Tačiau apmąstę šį procesą abu nustebome, kiek laiko ir energijos sugaišome mokydamiesi žaidimo su savavališkomis taisyklėmis. . O kas, jei galėtume padaryti tą patį, bet kartu išmoktume ko nors?

Taip gimė kvantinio skaičiavimo stalo žaidimo idėja.

Sukurti žaidimą sunku. Kuriate kvantinį žaidimą? Daug sunkiau.

Mano vyras ir aš kartu kūrėme stalo žaidimą, turėdami du tikslus: jis turėjo būti įdomus, be to, jis turėjo išmokyti žaidėjus apie pagrindinius kvantinio skaičiavimo principus. Abu esame tyrę žmogaus ir kompiuterio sąveiką (HCI), kurios tikslas yra suprasti ir patobulinti žmonių sąveiką su technologijomis ir jų dėka. Kurdami žaidimą rėmėmės dviem pagrindiniais HCI tyrimų metodais: popieriaus prototipų sudarymu ir iteratyviu dizainu.

Dizainas ant popieriaus leido mums greitai pakeisti žaidimą, kai išbandėme naują mechaniką ir taisykles. Ankstyvosios mūsų žaidimo versijos pasiskolino daugybę komponentų iš kitų mums patinkančių stalo žaidimų, be to, daug lipnių užrašų ir popieriaus iškirpčių. Po to, kai apsisprendėme dėl žaidimų mechanikos, kuri jautėsi smagiai, mes parodėme savo prototipą kvantų tyrinėtojų grupei, esančiai „IBM Research“ laboratorijoje, kad gautume atsiliepimų apie mokslo aspektus. Jų mėgstamiausias komentaras mums buvo „Tai nėra kvantas“, siųsdamas mus atgal į piešimo lentą, kad galvotų apie naujus būdus, kaip pavaizduoti kvantinę sistemą kartone. Mes galiausiai sukūrėme penkias pagrindines mūsų stalo žaidimų pakartojimus, kol kvantų mokslininkai mums nepatvirtino patvirtinimo antspaudu.

Pirmoji mūsų stalo žaidimo versija pasiskolino komponentų iš „Carcassone“, kitas žaidimas, kurį mes mėgaujamės.Trečioji mūsų stalo žaidimo kartojimas yra labai spalvingas ir buvo smagu žaisti, tačiau mūsų kvantų žinovai manė, kad „nepakanka kvantų“.Dr Charlesas Bennettas, „IBM“ bendradarbis ir kvantinės informacijos mokslo pradininkas, pateikia mums atsiliepimų apie antrą mūsų žaidimo kartojimą.Ketvirtoje iteracijoje mes apsisprendėme dėl sci-fi temos, kurioje žaidėjai perkelia savo erdvėlaivius iš planetos į planetą, norėdami išgauti kvantinio kompiuterio komponentus.

Mokymosi tikslai

Kurdami žaidimą, skirtą dėstyti labai techninius dalykus, sunkiai pagalvojome, ar tikslas buvo tiesiog supažindinti žaidėjus su kvantinio skaičiavimo aukšto lygio koncepcijomis, ar gilintis į sudėtingas kvantinio skaičiavimo algoritmų detales. Siekdami, kad mūsų žaidimas būtų malonus daugeliui žaidėjų, mes nusprendėme labiau pabrėžti aukšto lygio sąvokų (vadinamų konceptualiu įvaldymu) pažinimą, o ne gilintis į kvantinių algoritmų (vadinamų techniniu meistriškumu) ypatybes. Nusprendėme, kad žaidime žaidėjams turėtų būti atskleistos šios pagrindinės kvantinio skaičiavimo sąvokos: kvotos ir kvantinės būsenos, superpozicija, įsipainiojimas, matavimas, paklaida ir skirtingos aparatinės bei programinės įrangos dalys, susijusios su tikro kvantinio kompiuterio kūrimu. Ankstyvame projektavimo procese mes išsikėlėme tikslą sukurti kvantinį kompiuterį iš jo sudedamųjų dalių!

Kooperatinis ar konkurencinis?

Daugelis stalo žaidimų yra konkurencingi, žaidžiantys prieš žaidėjus nuovokumu ir strategija. Kadangi mūsų tikslas buvo sukurti edukacinį žaidimą, manėme, kad geriausi mokymosi rezultatai bus pasiekiami žaidėjams dirbant kartu siekiant žaidimo tikslo. Šį sprendimą priėmėme iš stebėjimų, kuriuos padarėme per savo žaidimų testavimo sesijas - žaidėjai vienas kitam dažnai užduodavo tokius klausimus, kaip „kas nutinka, jei aš tai žaidžiu?“ Ir „kaip tai veikia?“ Po to vykusių diskusijų rezultatas buvo geresnis supratimas apie pagrindinė žaidimo mechanika, leidžianti gerai suprasti kvantinio skaičiavimo mechaniką. Tai yra būtent tokios diskusijos, kurių norėjome, kad žaidėjai vyktų žaisdami mūsų žaidimą, taigi mes pavertėme savo žaidimą kooperatyvu.

Žaidimo sunkumų kalibravimas

Puikią žaidimo kokybę lemia sugebėjimas mesti iššūkį žaidėjui reikiamu kiekiu reikiamu metu. Žaidimai, kurie yra per lengvi, yra nereikšmingi ir nepatenkinti; žaidimai, kurie yra per sunkūs, gali kelti nemalonumų, dėl kurių gali būti atsisakyta. Taigi, mes norėjome užtikrinti, kad žaidimas būtų pakankamai sudėtingas, kad būtų įdomus, bet ne per sunkus, kad priverstų žaidėjus atsisakyti nusivylimo ar nepasitenkinimo.

Vienas iššūkių, su kuriuo susidūrėme kalibruodami sunkumus, buvo tai, kad pakankamai žmonių jį žaidė, kad būtume tikri, jog žaidimas nebuvo nei per lengvas, nei per sunkus. Norėdami įveikti šį iššūkį, mes iš tikrųjų įdiegėme žaidimo simuliatorių ir AI žaidėjus, kurie galėtų žaisti kartu. Mes atlikome tūkstančius žaidimų modeliavimų, kurie padėjo mums sureguliuoti žaidimo sunkumus, atlikdami keitimus ir atlikdami daugiau modeliavimo, kad suprastume jų poveikį. Nors PG žaidėjai iš tikrųjų nesuvokia, kaip žmonės žais mūsų žaidimą, empiriškai nusprendėme, kad PG komandos laimėjimo koeficientas 50–60% atitinka tinkamą iššūkį žmonėms, žaidžiantiems žmonėms.

Įveskite Entanglion

Po daug sunkaus darbo, kartojant mūsų kvantų mokslininkus, žaidžiant testus su kolegomis ir vykdant tūkstančius žaidimų modeliavimo, mūsų penktoji iteracija tapo žaidimu, kurį mes dabar vadiname Entanglionu. „Entanglion“ (pjesė apie žodį „įsipainiojimas“) buvo išleista 2017 m. Gruodžio mėn. Kaip atvirojo kodo projektas „Github“, kad visi galėtų tuo mėgautis ir sužinoti apie kvantinį skaičiavimą. Mes skatiname visus, kurie domisi stalo žaidimais, kvantiniais skaičiavimais ar abiem, mėgautis mūsų žaidimu ir pasidalinti juo su draugu.

Po to, kai žaidėte žaidimą, eikite į QISkit ir sukurkite savo žaidimą bei sužinokite daugiau apie kvantinį skaičiavimą, užprogramuodami tikrą.