Дизајн квантне рачунарске игре на плочи

Желим играти? Направите своју копију Ентанглиона!
Квантно рачунање је брзо сазревајуће поље које користи квантно-механичке појаве као што су суперпозиција и запетљавање за обављање рачунања која се сматрају класичним рачунарима незамисливим.

Ако нисте разумели ни реч из претходне реченице, нисте сами! Моје прво упознавање са квантним рачунањем било је кад сам био студент и мој пријатељ ми је рекао да студира квантно рачунање. Питао сам га шта је то, а након пет минута, још увек нисам имао појма.

Брзо напред до средине 2016, придружио сам се тиму у истраживању ИБМ који је развио ИБМ К Екпериенце и КИСКит и требало ми је да се убрзам тачно о квантном рачунању. Прочитао сам све мрежне водиче и туторијале које сам могао да нађем и гледао безброј видео записа, али сваки пут када сам помислио да нешто схватим, нашао сам се на почетку, не схватајући чврсто градиво. Осим тога, да будем искрен, материјал је био тежак за разумевање и скривен је иза зида математичких израза. Жељела сам бољи начин да некога образујем о основним принципима квантног рачунања.

Куантум + Боард Гаме = Авесоме!

Једног викенда, мој супруг (такође истраживач у ИБМ-у) и ја смо купили нову игру у плочи да бисмо заједно играли. Кутија је тврдила да је за игру требало два сата, али потрошили смо много више времена од тога учећи се правилима, покушавајући да се играмо преокретом, правећи грешке и исправљајући их тако што смо се стално враћали у правилник. На крају смо успели да одиграмо читаву игру (и као што је уобичајено, ја сам победио!), Али кад смо размишљали о овом процесу, обоје смо били задивљени колико времена и енергије улажемо у учење игре са произвољним правилима . Шта ако бисмо могли учинити исту ствар, али научити нешто успут?

Тако се родила идеја за игру квантног рачунања у табли.

Дизајнирати игру је тешко. Дизајнирате квантну игру? Много јаче.

Мој супруг и ја заједно смо радили на дизајнирању игре на плочи са два циља: морало је бити забавно и морало је да научи играче о основним принципима квантног рачунања. Обоје имамо истраживачку позадину у интеракцији између човека и рачунара (ХЦИ), која има за циљ да разуме и побољша начин на који људи комуницирају са и помоћу технологије. У развоју наше игре ослањали смо се на две главне истраживачке методе од ХЦИ: прототипирање папира и итеративни дизајн.

Дизајн на папиру омогућио нам је брзе промене у игри док смо тестирали нову механику и правила. Наше ране верзије игре позајмиле су много компоненти из других друштвених игара у којима уживамо, плус много лепљивих белешки и изрезова на папиру. Након што смо се снашли у механици игара која се осећала забавно, показали смо наш прототип групи квантних научника у нашој лабораторији у ИБМ Ресеарцху како би добили повратне информације о научним аспектима. Њихов омиљени коментар за нас био је: „ово није квант“, враћајући нас на плочу за цртање како бисмо смислили нове начине за представљање квантног система у картону. Закључили смо стварање пет главних итерација наше игре на плочи пре него што су нам квантни научници дали печат одобрења.

Прва верзија наше друштвене игре позајмила је компоненте од Царцассоне-а, друга игра у којој уживамо.Трећа итерација наше друштвене игре је врло шарена и забавна за играње, али наши квантни научници сматрали су да „није довољно квантна“.Др Цхарлес Беннетт, ИБМ сарадник и пионир на пољу науке о квантним информацијама, даје нам повратне информације о другој итерацији наше игре.У четверој итерацији решили смо се на научно-фи тематику у којој играчи премештају свемирске бродове са планете на планету како би пронашли компоненте квантног рачунара.

Циљеви учења

Приликом дизајнирања игре за подучавање високо техничког предмета, добро смо размишљали о томе да ли је циљ једноставно увести играче у концепте високог нивоа у квантном рачунању или да уђемо дубоко у замршене детаље алгоритама квантног рачунања. Како бисмо учинили нашу игру пријатном за широк спектар играча, одлучили смо да ставимо свој нагласак на упознавање са концептима високог нивоа (који се називају концептуално мајсторство), а не да се дубоко фокусирамо на детаље квантних алгоритама (звани техничко мајсторство). Одлучили смо да би наша игра требало да изложи играче овим основним концептима у квантном рачунању: кубити и квантна стања, суперпозиција, заплетеност, мерење, грешке и различите врсте хардверских и софтверских компоненти укључених у изградњу правог квантног рачунара. Рано у процесу дизајнирања, циљ наше игре је био да изградимо квантни рачунар из његових саставних делова!

Задруга или конкурентна?

Многе игре на плочи су такмичарске, играјући играче против играча у битци памет и стратегије. Пошто је наш циљ био да направимо едукативну игру, осећали смо да ће се најбољи исходи учења догодити када играчи раде заједно како би остварили циљ игре. Ову одлуку смо донели из запажања која смо доносили током наших плеј-офинг-сесија - играчи су често једни другима постављали питања попут „шта се дешава ако ово играм?“ И „како ово функционише?“ Дискусије које су уследиле често су довеле до јачег разумевања игре у основи механике, што доводи до снажног разумевања механике квантног рачунања. То су управо оне врсте дискусија које смо желели да играчи играју током играња наше игре и тако смо учинили нашу игру кооперативном.

Калибрација потешкоће у игри

Квалитет који игру чини одличном лежи у њеној способности да изазове играча у правом износу у правим тренуцима. Игре које су превише једноставне су тривијалне и незадовољавајуће; игре које су претешке могу бити фрустрирајуће и довести до напуштања. Стога смо имали снажну жељу да осигурамо да игра буде довољно изазовна да буде забавна, али не превише тешка да би натерала играче да одустану од фрустрације или незадовољства.

Један изазов са којим смо се суочили приликом калибрације проблема био је довољан број људи који га играју како би били сигурни да игра није била превише лагана или превише тешка. Да бисмо превазишли овај изазов, у ствари смо имплементирали симулатор игре и АИ играче који би могли да је играју заједно. Извели смо хиљаде симулација игара како би нам помогли да калибрирамо потешкоће у игри, правећи подешавања и изводећи више симулација да бисмо разумели њихов ефекат. Иако АИ играчи заиста не схватају како ће људи играти нашу игру, емпиријски смо одлучили да стопе добитка од 50–60% за АИ тим одговарају адекватном нивоу изазова за људске играче.

Уђите у Ентанглион

Након доста напорног рада с нашим квантним научницима, играња са колегама и извођења хиљада симулација игара, наша пета итерација постала је игра коју данас зовемо Ентанглион. Ентанглион (игра о речи ентанглемент) објављена је у децембру 2017. као опен-соурце пројекат на Гитхуб-у како би се омогућило свима да уживају у њему и науче о квантном рачунању. Охрабрујемо све који су заинтересовани за друштвене игре, квантно рачунање или обоје, да уживају у нашој игри и поделе је са пријатељем.

Након што сте играли игру, идите на КИСкит и направите сопствену игру и научите више о квантном рачунању програмирањем стварне.