Quantum Computing társasjáték tervezése

Szeretne játszani? Készítsen saját példányt az Entanglionról!
A kvantumszámítás egy gyorsan érő mező, amely olyan kvantummechanikai jelenségeket használ, mint a szuperpozíció és az összefonódás a klasszikus számítógépek számára megoldatlannak tartott számítások elvégzéséhez.

Ha nem értett egy szót az előző mondatból, nem vagy egyedül! A kvantumszámítás első bevezetése az volt, amikor egyetemi hallgató voltam, és egy barátom mondta, hogy kvantumszámítást tanul. Megkérdeztem tőle, hogy mi ez, és öt perc múlva még nem tudtam.

Gyorsan 2016 közepéig csatlakoztam az IBM Research csapatához, amely kifejlesztette az IBM Q Experience és a QISKit szoftvert, és fel kellett lépnöm ahhoz, hogy pontosan mi a kvantumszámítás. Olvastam az összes online útmutatót és oktatóanyagot, amire számtalan videót találtam és néztem, de minden alkalommal, amikor azt hittem, hogy értem valamit, az elején visszatértem magam, és nem voltam erõsen megfogva az anyagot. Plusz, hogy őszinte legyek, az anyagot nehéz volt megérteni, és a matematikai kifejezések falának mögött lepleződött. Vágyakoztam arra, hogy jobb módszert kapjak valaki oktatására a kvantumszámítás alapelveiről.

Quantum + társasjáték = Félelmetes!

Egy hétvégén a férjem (szintén az IBM kutatója) és új társasjátékot vásároltunk együtt játszani. A doboz azt állította, hogy a játék két órát vett igénybe, de sokkal több időt töltöttünk a szabályok megtanulásával, egy soron át történő lejátszással, hibák elkövetésével és a szabálykönyvre történő állandó hivatkozással történő kijavításával. Végül teljes játékot tudtunk játszani (és a szokásos módon nyertem!), Ám amikor ezt a folyamatot meggondoltuk, mindkettőnket meghökkentük, hogy mennyi időt és energiát fordítunk önkényes szabályokkal rendelkező játék megtanulására. . Mi lenne, ha ugyanezt tennénk, de megtanulnánk valamit az út mentén?

Így született az ötlet a kvantumszámítású társasjátékhoz.

A játék megtervezése nehéz. Kvantumjáték tervezése? Sokkal nehezebb.

A férjemmel és én együtt dolgoztunk ki két célt szolgáló társasjáték kidolgozására: szórakozásnak kellett lennie, és meg kellett tanítania a játékosokat a kvantumszámítás alapvető elveiről. Mindkettőnk kutatási háttérrel rendelkezik az ember-számítógép interakció (HCI) területén, amelynek célja megérteni és javítani az emberek interakcióját a technológiával és annak révén. A HCI két fő kutatási módszerére támaszkodtunk játékunk fejlesztésekor: a papír prototípusa és az iteratív tervezés.

A papírra történő tervezés lehetővé tette számunkra, hogy gyors változásokat hozzunk a játékban, amikor új mechanikákat és szabályokat teszteltünk. A játék korai verzióiban számos összetevőt kölcsönzöttünk az általunk élvezett társasjátékokból, valamint sok cetliketőt és papírkivágást. Miután elhatároztuk a szórakoztató játékmechanikát, megmutattuk prototípusunkat az IBM Research laboratóriumában lévő kvantumtudósok egy csoportjának, hogy visszajelzést kapjunk a tudományos szempontokról. Kedvenc hozzászólásuk az volt, hogy „ez nem kvantum”, és visszavitt minket az asztalra, hogy gondolkodjunk a kvantumrendszer ábrázolásának új lehetőségeiről a kartonban. Végül létrehoztuk a társasjáték öt fő iterációját, mielőtt kvantumtudóságaink megadták a jóváhagyási pecsétünket.

Társasjátékunk első verziója a Carcassone-tól kölcsönözte komponenseket, egy másik játékot, amelyet élvezzünk.A társasjátékunk harmadik iterációja nagyon színes és szórakoztató volt játszani, de kvantumtudóságaink úgy érezték, hogy „nem volt elég kvantum”.Dr. Charles Bennett, az IBM munkatársa és úttörője a kvantum-információs tudomány területén, visszajelzést ad nekünk a játék második iterációjáról.A negyedik iterációban egy sci-fi témát rendeztünk el, amelyben a játékosok az űrhajóikat bolygóról bolygóra mozgatják, hogy egy kvantumszámítógép összetevőit beolvassák.

Tanulási célok

Amikor egy játékot terveztünk egy nagyon technikai tantárgy oktatására, elgondolkodtunk azon, hogy a cél az, hogy a játékosokat egyszerűen csak a kvantumszámítás magas szintű koncepcióira vezessük be, vagy mélyebben belemerüljünk a kvantumszámítási algoritmusok bonyolult részleteibe. Annak érdekében, hogy játékunk sokféle játékos számára élvezetessé váljon, úgy döntöttünk, hogy a hangsúlyt a magas szintű koncepciók megismerésére (úgynevezett koncepcionális mesterképzésre) helyezzük, ahelyett, hogy mélyen a kvantumalgoritmusok részleteire összpontosítsuk (úgynevezett technikai elsajátítás). Úgy döntöttünk, hogy a játékunknak ki kell tétenie a játékosokat ezeknek az alapvető fogalmaknak a kvantumszámításban: kvitek és kvantumállapotok, szuperpozíció, összefonódás, mérés, hiba, valamint a valódi kvantumszámítógép felépítéséhez szükséges különféle hardver- és szoftverkomponensek. A tervezési folyamat elején azt a célt tűztük ki játékunkba, hogy kvantum-számítógépet építsünk annak alkotóelemeiből!

Szövetkezeti vagy versenyképes?

Számos társasjáték versenyképes, és a szellem és a stratégia harcában játékosokat játszik a játékos ellen. Mivel célunk egy oktatási játék létrehozása volt, úgy éreztük, hogy a legjobb tanulási eredmények akkor fordulnak elő, ha a játékosok együtt dolgoznak a játék célja elérése érdekében. Ezt a döntést a játéktesztelésünk során tett megfigyeléseink alapján hozták meg - a játékosok gyakran kérdéseket tettek fel egymásnak, például: „mi történik, ha ezt játszom?” És „hogyan működik ez a dolog?” Az ezt követő megbeszélések gyakran megerősítették a a játék alapjául szolgáló mechanika, amely a kvantumszámítás mechanikájának megértéséhez vezet. Pontosan ezek azok a megbeszélések, amelyeket a játékosoknak a játékunk közben akartunk tartani, és így együttmûködõvé tettük játékunkat.

A játék nehézségének kalibrálása

A játék, amely nagyszerűvé teszi a játékot, abban rejlik, hogy képes a játékosnak a megfelelő összeget kihívni a megfelelő időben. A túl könnyű játékok triviálisak és nem kielégítők; a túl nehéz játékok frusztrálóak lehetnek, és elhagyáshoz vezethetnek. Ezért erőteljes vágyaink voltak annak biztosítására, hogy a játék elég kihívást jelentő legyen, hogy szórakoztató legyen, de nem olyan nehéz, hogy a játékosokat frusztrációtól vagy elégedetlenségtől feladjuk.

Az egyik kihívás, amellyel szembesültünk a nehézség kalibrálásával, az volt, hogy elegendő ember játssza le a játékot annak biztosítására, hogy a játék nem volt túl könnyű vagy túl nehéz. Ennek a kihívásnak a leküzdésére valójában egy szimulátort építettünk be a játékba és az AI-játékosokat, akik együtt játszhatták. Több ezer játék-szimulációt futtatottunk, hogy segítsünk kalibrálni a játék nehézségeit, javításokat készítsünk és további szimulációkat futtassunk, hogy megértsük azok hatását. Bár az AI játékosai nem igazán mutatják meg, hogy az emberek hogyan játszanak a játékunkkal, empirikusan úgy döntöttünk, hogy az AI csapat 50–60% -os nyerési aránya megfelel az emberi játékosok számára megfelelő szintű kihívásnak.

Lépjen be az Entanglionba

Miután sok kemény munkát végeztünk a kvantumtudósokkal, a kollégáinkkal együtt teszteltem és a játékszimulációk ezreit futtattuk, ötödik iterációnk lett a játék, amelyet most Entanglionnak hívunk. Az Entanglion (egy játék az összefonódás szóról) 2017 decemberében jelent meg, mint nyílt forrású projekt a Githubon, hogy mindenki élvezhesse és megismerje a kvantumszámítást. Arra biztatunk mindenkit, akit érdekel a társasjátékok, a kvantumszámítás vagy mindkettő, élvezze a játékunkat, és ossza meg barátaival.

A játék lejátszása után lépjen a QISkit-hez, készítse el saját játékát, és tanuljon meg többet a kvantumszámításról valódi programozásával.