Οδηγός μπερδέματος Tic-tac-toe στον κβαντικό υπολογισμό

By | March 4, 2024

Αν κάποιος πει ότι το να παίζεις παιχνίδια στον υπολογιστή είναι χάσιμο χρόνου, τότε θα πρέπει να τον προκαλέσεις σε μερικούς γύρους κβαντικού τικ-τακ. Η τοποθέτηση των καβουριών σε έναν πίνακα τρία προς τρία, που αποδίδεται στο διαδίκτυο σε ένα πρόγραμμα περιήγησης ιστού, μπορεί – με μερικές ενημερώσεις κανόνων – να διδάξει γρήγορα στους παίκτες τα βασικά του κβαντικού υπολογισμού. Και όσο περισσότεροι άνθρωποι μπορούν να κατανοήσουν βασικές κβαντικές αρχές, όπως η υπέρθεση και η εμπλοκή, τόσο περισσότερες συζητήσεις θα είναι δυνατές μεταξύ επενδυτών και προγραμματιστών.

Κέντρα αριστείας όπως το Quantum Delta NL – το εθνικό οικοσύστημα κβαντικών υπολογιστών στην Ολλανδία – αναγνωρίζουν ξεκάθαρα τη δύναμη των παιχνιδιών υπολογιστών να διδάξουν τα κβαντικά βασικά στοιχεία. Και ο οργανισμός διαθέτει μια δωρεάν έκδοση του quantum tic-tac-toe διαθέσιμη μέσω του ιστότοπού του.

Ο Ιντιάνα Τζόουνς και ο Ναός του Κβαντικού Tic-Tac-Toe

Το Tic-tac-toe – ένα παιχνίδι που χρονολογείται από το 1.300 π.Χ. και βρέθηκε χαραγμένο σε αρχαία αιγυπτιακά πλακίδια – είναι, με την πρώτη ματιά, ένας απίθανος υποψήφιος για να κάνει τον κβαντικό υπολογισμό λιγότερο μπερδεμένο. Αλλά αυτό άλλαξε το 2002 όταν οι Allan Goff, Dale Lehmann και Joel Siegel, μέλη του Αμερικανικού Ινστιτούτου Αεροναυτικής και Αστροναυτικής (AIAA), δημοσίευσαν μια ενημέρωση κανόνων με τίτλο “Quantum Tic-Tac-Toe, Spooky-Coins & Magic-Envelopes, as μεταφορές. για την σχετικιστική κβαντική φυσική.


Προσαρμόζοντας το παιχνίδι, τα μηδενικά (ή οι σταυροί) που παίζονται σε έναν μόνο γύρο μπορούν να υπάρχουν σε πολλά τετράγωνα ταυτόχρονα – μια έννοια γνωστή ως υπέρθεση όταν εξετάζονται οι κβαντικές μηχανές. Και σηματοδοτεί την αρχή ενός συναρπαστικού εκπαιδευτικού ταξιδιού που αναλαμβάνουν οι παίκτες που εμφανίζονται στο τέλος του παιχνιδιού με χρήσιμες πληροφορίες για το πώς λειτουργούν οι κβαντικοί υπολογιστές.

Για να μοντελοποιήσετε τη διαπλοκή – ένα άλλο βασικό χαρακτηριστικό του κβαντικού σύμπαντος – πολλαπλά τετράγωνα σε έναν κβαντικό πίνακα τικ-τακ-δάχτυλων διασυνδέονται καθώς προχωρά το παιχνίδι. Και τελικά, σχηματίζεται ένας βρόχος – οπότε το κυκλικό κουβάρι καταρρέει. «Οι καταρρεύσεις είναι ο τρόπος με τον οποίο οι κβαντικές κινήσεις μετατρέπονται σε κλασικές», γράφει το μέλος της AIAA, Goff. “Το μισό από κάθε ζεύγος εμπλεκόμενων κινήσεων μικτής κατάστασης εξαλείφεται.”

Για παράδειγμα, δύο τετράγωνα μπορούν να φιλοξενήσουν μια υπέρθεση σταυρών, υποδεικνύοντας ότι τα κβαντικά bit (ή qubits) μπορούν να καταλαμβάνουν πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Και αυτές οι θέσεις μπορούν να αναμειχθούν με άλλα ζεύγη μηδενικών. Όταν όμως πραγματοποιείται μια μέτρηση του συστήματος, αυτή η πληροφορία μετατρέπεται στην τελική λύση (και την πιο πιθανή, στην περίπτωση μιας βιομηχανικής κβαντικής μηχανής).

Μόλις παρατηρηθεί, ένας σταυρός στο μεσαίο τετράγωνο – για να συνεχίσει το παράδειγμα του παιχνιδιού – δεν μπορεί να βρίσκεται σε δύο σημεία ταυτόχρονα, κάτι που ενεργοποιεί μια λογική αντιστοίχιση συνδεδεμένων ή μπερδεμένων καταστάσεων στον πίνακα. Στο παιχνίδι, οι ιδιότητες μπορούν να βρίσκονται σε μία από τις εννέα πιθανές καταστάσεις (που αντιπροσωπεύονται από τετράγωνα στον πίνακα). Και η ενημέρωση των κανόνων προκαλεί σίγουρα το ενδιαφέρον των παικτών, το οποίο αντικατοπτρίζει πόσο συναρπαστικοί γίνονται οι κβαντικοί υπολογιστές μόλις καταλάβετε πώς λειτουργούν οι κβαντικοί υπολογιστές.

Και αν τα διαδικτυακά παιχνίδια υπολογιστή δεν σας ενδιαφέρουν, αλλά εξακολουθείτε να θέλετε να καταλάβετε τι κάνει τους κβαντικούς υπολογιστές διαφορετικούς από τους κλασσικούς υπολογιστές, μπορείτε να κατεβάσετε και να εκτυπώσετε ένα κβαντικό μοντέλο tic-tac-toe για να παίξετε εκτός σύνδεσης.

Το Quantum tic-tac-toe έχει ακόμη και τη δική του καταχώρηση στο BoardGameGeek, όπου οι ενημερωμένοι κανόνες βαθμολογούνται με 5,8 στα 10. Για σύγκριση, το Monopoly – το κλασικό επιτραπέζιο παιχνίδι που χρονολογείται από το 1935, στο οποίο οι παίκτες αντιμετωπίζουν την αγορά ακινήτων – έχει έναν μέσο όρο εκτίμηση. του 4.4. Και το Apple App Store και το Google Play Store έχουν καταχωρημένες εφαρμογές κβαντικών τικ-τακ.

Στην πραγματικότητα, για να κλείσουν το βρόχο, οι προγραμματιστές προγραμμάτισαν έναν κβαντικό υπολογιστή για να παίξει κβαντικό τικ-τακ. Ο Chris Ferrie, μέλος του Κέντρου Κβαντικού Λογισμικού και Πληροφοριών στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας του Σίδνεϊ της Αυστραλίας, έγραψε το 2021 για το πώς έπαιζε Tic-tac-toe σε έναν κβαντικό υπολογιστή – και κέρδισε!

Και υπάρχουν επίσης άλλα παραδείγματα για το πώς οι προγραμματιστές έχουν χρησιμοποιήσει API ανοιχτού κώδικα και βιβλιοθήκες όπως το Qiskit για να δημιουργήσουν κβαντικά κυκλώματα σε πραγματικό υλικό κβαντικών υπολογιστών. Η IBM έφερε τον πρώτο της κβαντικό υπολογιστή online το 2016 και η υπηρεσία παραμένει δημοφιλής σήμερα.

Tic-tac-toe – πρωτοπόρος της τεχνολογίας

Το Tic-tac-toe μπορεί να ακούγεται σαν ένα νέο πλαίσιο για τη διδασκαλία νέων χρηστών σχετικά με τους κβαντικούς υπολογιστές, αλλά το παιχνίδι έχει στην πραγματικότητα ένα ισχυρό ιστορικό στην ανάδειξη των τεχνολογικών προόδων. Ένας από τους πρώτους τίτλους στην ιστορία των βιντεοπαιχνιδιών ήταν – το μαντέψατε – το tic-tac-toe. Αλλά η κανονική έκδοση, όχι η κβαντική έκδοση Monopoly-beating.

Με το όνομα OXO, το πρώτο παιχνίδι υπολογιστή που παρουσιάστηκε τη δεκαετία του 1950 προγραμματίστηκε στον ηλεκτρονικό υπολογιστή καθυστέρησης αυτόματης αποθήκευσης (EDSAC) – έναν κεντρικό υπολογιστή που φιλοξενείται στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το παιχνίδι στον υπολογιστή, το οποίο ήταν ένα από τα πρώτα που εμφάνισε οπτικά σε ηλεκτρονική οθόνη, είχε ακόμη και αντίπαλο με τεχνητή νοημοσύνη.

Πιο πρόσφατα – το 2015 – οι ερευνητές έδειξαν ότι ήταν δυνατό να παίξετε tic-tac-toe με έναν μοριακό υπολογιστή με βάση τη ζάχαρη, ενισχύοντας περαιτέρω τα διαπιστευτήρια του παιχνιδιού ως τεχνολογικού πρωτοπόρου.

Από τότε που ο Goff και οι συνεργάτες του μοιράστηκαν για πρώτη φορά την ιδέα της χρήσης του tic-tac-toe ως πρακτικού οδηγού για την εκμάθηση των βασικών στοιχείων του κβαντικού υπολογισμού, πολλοί άλλοι συνέβαλαν στην ανάπτυξη του tic-tac-toe quantum. Και τα οφέλη της παιχνιδιάρικης εκμάθησης των εννοιών της κβαντικής μηχανικής είναι πλέον καλά αναγνωρισμένα.

Οι ειδικοί έχουν δείξει ότι το tic-tac-toe όχι μόνο βοηθά στην κατανόηση της υπέρθεσης, της εμπλοκής και άλλων κβαντικών αρχών. Η μάθηση που βασίζεται σε παιχνίδια μπορεί επίσης να βοηθήσει τους προγραμματιστές να κατανοήσουν πώς να προγραμματίσουν έναν κβαντικό υπολογιστή. Για παράδειγμα, υπάρχουν διάφορες παραλλαγές του tic-tac-toe που μπορούν να εφαρμοστούν ως κβαντικό κύκλωμα.

Κβαντικό τικ τακ

Παιχνίδι ή σύστημα πολλών υπολογιστών; Το κβαντικό tic-tac-toe είναι και τα δύο.

Ο προγραμματισμός ενός tic-tac-toe σε έναν κβαντικό υπολογιστή είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να εξοικειωθείτε με βασικά δομικά στοιχεία, όπως οι πύλες ταυτότητας (ή ID) που διατηρούν την πραγματική κατάσταση ενός qubit. Άλλη λογική περιλαμβάνει την πύλη Pauli X που αντιστρέφει την κατάσταση ενός qubit και τη χρήση μιας πύλης Hadamard για τη δημιουργία μιας υπέρθεσης.

Σήμερα, οι βιομηχανικές εφαρμογές κβαντικών υπολογιστών – που βοηθούν στην επίλυση σύνθετων υλικοτεχνικών προβλημάτων που σχετίζονται με την εκφόρτωση γιγάντων φορτηγών πλοίων και τη διανομή αγαθών σε εγχώρια σούπερ μάρκετ – προσελκύουν το ενδιαφέρον των πελατών. Αλλά είναι δύσκολο να πουλήσεις μια λύση που οι πελάτες δυσκολεύονται να κατανοήσουν.

Και εκεί ακριβώς είναι που το κβαντικό τικ-τακ θα μπορούσε να κάνει τη διαφορά δίνοντας μια πιο ξεκάθαρη εικόνα της τρομακτικής συμπεριφοράς που διαφορετικά θα ήταν δύσκολο να κατανοηθεί.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *