תכנון משחק לוח מחשוב קוונטי

להוט לשחק? הכינו בעצמכם עותק של אנטנגליון!
מחשוב קוונטי הוא תחום המתבגר במהירות המשתמשת בתופעות מכניות קוונטיות כמו סופרפוזיציה והסתבכות לביצוע חישובים הנחשבים בלתי מעשיים עבור מחשבים קלאסיים.

אם לא הבנת מילה מהמשפט הקודם, אתה לא לבד! ההיכרות הראשונה שלי עם מחשוב קוונטי הייתה כשהייתי סטודנט באוניברסיטה וחבר שלי אמר לי שהוא לומד מחשוב קוונטי. שאלתי אותו מה זה, ואחרי חמש דקות עדיין לא היה לי מושג.

במהירות קדימה לאמצע 2016, הצטרפתי לצוות במחקר יבמ שפיתח את IBM Q Experience ו- QISKit ונדרשתי להגיע למהירות בדיוק לגבי מחשוב קוונטי. קראתי את כל המדריכים והמדריכים המקוונים שיכולתי למצוא וצפיתי באינספור סרטונים, אבל בכל פעם שחשבתי שהבנתי משהו, מצאתי את עצמי שוב בהתחלה, בלי שהייתי מבינה חזק בחומר. בנוסף, למען האמת, החומר היה קשה להבנה ומוסווה מאחורי קיר של ביטויים מתמטיים. השתוקקתי לדרך טובה יותר לחנך מישהו על העקרונות הבסיסיים של מחשוב קוונטי.

קוונטום + משחק לוח = מדהים!

בסוף שבוע אחד, בעלי (גם חוקר עם יבמ) ורכשנו משחק לוח חדש כדי לשחק יחד. התיבה טענה כי לקח למשך שעתיים למשחק, אבל בילינו הרבה יותר זמן מזה ללמוד את החוקים, לנסות לשחק דרך סיבוב, לעשות טעויות ולתקן אותם על ידי הפנייה מתמדת לחוק הכללים. בסופו של דבר הצלחנו לשחק דרך משחק מלא (וכפי שנהוג לנצח!), אבל עם הרהורנו על התהליך הזה, שנינו נדהמנו מכמה זמן ואנרגיה שהשקענו ללמוד משחק עם כללים שרירותיים. . מה אם היינו יכולים לעשות את אותו הדבר, אבל ללמוד משהו בדרך?

כך נולד הרעיון למשחק לוח מחשוב קוונטי.

עיצוב משחק זה קשה. מעצבים משחק קוונטי? הרבה יותר קשה.

בעלי ואני עבדנו יחד כדי לתכנן משחק לוח עם שני יעדים: זה היה צריך להיות כיף, וזה היה צריך ללמד את השחקנים על עקרונות יסוד של מחשוב קוונטי. לשנינו רקע מחקרי באינטראקציה בין אדם למחשב (HCI), שמטרתו להבין ולשפר את האופן שבו אנשים מתקשרים עם טכנולוגיה ובאמצעותם. סמכנו על שתי שיטות מחקר עיקריות מ- HCI בפיתוח המשחק שלנו: טיפוס על טיפוס נייר ועיצוב איטרטיבי.

תכנון על נייר איפשר לנו לבצע שינויים מהירים במשחק כשבדקנו מכניקה וכללים חדשים. הגרסאות המוקדמות שלנו למשחק השאילו רכיבים רבים ממשחקי לוח אחרים שאנו נהנים מהם, בתוספת הרבה פתקים דביקים וגזרות נייר. לאחר שהסתפקנו במכניקת משחקים שהרגישה כיף, הראינו את האב-טיפוס שלנו לקבוצה של מדעני קוונטים במעבדה שלנו במחקר יבמ כדי לקבל משוב על ההיבטים המדעיים. ההערה האהובה עליהם אלינו הייתה, "זה לא קוונטי", והחזירו אותנו ללוח השרטוט כדי לחשוב על דרכים חדשות לייצג מערכת קוונטית בקרטון. בסופו של דבר יצרנו חמישה איטרציות עיקריות של משחק הלוח שלנו לפני שמדעני הקוונטים שלנו נתנו לנו את חותמת האישור שלהם.

הגרסה הראשונה של משחק הלוח שלנו לוותה רכיבים מ- Carcassone, משחק נוסף שאנחנו נהנים ממנו.האיטרציה השלישית של משחק הלוח שלנו היא מאוד צבעונית והייתה כיף לשחק, אך מדעני הקוונטים שלנו חשו שהוא דבאיטציה הרביעית, התמקמנו בנושא נושא מדעי בו השחקנים מעבירים את חלליותיהם מכוכב לכת לכוכב כדי לאחזר רכיבים של מחשב קוונטי.

מטרות למידה

כשאנחנו מעצבים משחק כדי ללמד נושא טכני ביותר, חשבנו קשה אם המטרה היא פשוט להציג לשחקנים מושגים ברמה גבוהה ב מחשוב קוונטי, או להעמיק בפרטים המורכבים של אלגוריתמי מחשוב קוונטי. על מנת להפוך את המשחק שלנו למהנה למגוון רחב של שחקנים, בחרנו לשים דגש על היכרות עם מושגים ברמה גבוהה (המכונה שליטה מושגית) במקום להתמקד עמוק בפרטי האלגוריתמים הקוונטים (המכונים שליטה טכנית). החלטנו שהמשחק שלנו צריך לחשוף את השחקנים למושגים בסיסיים אלה בתחום המחשוב הקוונטי: קווביטים ומצבים קוונטיים, סופרפוזיציה, הסתבכות, מדידה, שגיאה, וסוגים שונים של רכיבי חומרה ותוכנה המעורבים בבניית מחשב קוונטי אמיתי. בתחילת תהליך העיצוב שלנו, הגענו למטרה של המשחק שלנו להיות לבנות מחשב קוונטי מהרכיבים המרכיבים אותו!

שיתופי או תחרותי?

משחקי לוח רבים הם שחקנים תחרותיים, מהווים שחקן נגד שחקן בקרב השכל והאסטרטגיה. מכיוון שמטרתנו הייתה ליצור משחק חינוכי, הרגשנו שתוצרי הלמידה הטובים ביותר יתרחשו כששחקנים יעבדו יחד כדי להשיג את מטרת המשחק. קיבלנו את ההחלטה הזו מתצפיות שעשינו במהלך הפגישות שלנו - שחקנים שאלו זה את זה שאלות כמו "מה קורה אם אני משחק את זה?" ו"איך הדבר פועל? "הדיונים שבאו לאחר מכן הובילו לעתים קרובות להבנה חזקה יותר של המכניקה הבסיסית של המשחק, מה שמוביל להבנה חזקה של המכניקה של מחשוב קוונטי. אלה בדיוק סוגים של דיונים שרצינו ששחקנים יתקיימו תוך כדי משחק המשחק שלנו, וכך הפכנו את המשחק שלנו לשיתופי פעולה.

כיול קושי במשחק

האיכות שהופכת משחק נהדר טמונה ביכולתו לאתגר את השחקן בדיוק את הסכום הנכון בדיוק בזמנים הנכונים. משחקים קלים מדי הם טריוויאליים ולא מספקים; משחקים קשים מדי יכולים להיות מתסכלים, מה שמוביל לנטישה. לפיכך, היה לנו רצון עז להבטיח שהמשחק היה פשוט מאתגר מספיק כדי להיות מהנה, אך לא קשה מכדי לגרום לשחקנים לוותר מתסכול או חוסר שביעות רצון.

אתגר אחד שעומד בפנינו בכיול הקושי היה בכך שיש מספיק אנשים לשחק את זה כדי להיות בטוחים שהמשחק לא היה קל מדי או קשה מדי. כדי להתגבר על אתגר זה, יישמנו למעשה סימולטור למשחק ולשחקני AI שיכולים לשחק אותו יחד. הרצנו אלפי הדמיות משחק כדי לעזור לנו לכייל את הקושי של המשחק, לבצע ציוצים ולהריץ סימולציות נוספות כדי להבין את השפעתן. למרות ששחקני AI לא ממש לוכדים איך אנשים ישחקו את המשחק שלנו, החלטנו באופן אמפירי ששיעורי הזכייה של 50–60% עבור צוות AI תואמים אתגר אתגר מתאים לשחקנים אנושיים.

היכנס לאנטנגליון

אחרי הרבה איטרציות בעבודה קשה עם מדעני הקוונטים שלנו, בדיקות משחק עם עמיתינו והפעלת אלפי הדמיות משחק, האיטרציה החמישית שלנו הפכה למשחק שאנו מכנים כעת אנטנגליון. אנטנגליון (מחזה על המילה הסתבכות) שוחרר בדצמבר 2017 כפרויקט קוד פתוח ב- Github כדי לאפשר לכולם ליהנות ממנו וללמוד על מחשוב קוונטי. אנו מעודדים את כל המעוניינים במשחקי לוח, מחשוב קוונטי, או שניהם, ליהנות ממשחק שלנו ולשתף אותו עם חבר.

לאחר ששיחקת את המשחק, עבור אל QISkit והכין משחק משלך, ולמד יותר על מחשוב קוונטי על ידי תכנת משחק אמיתי.