Квантовые крестики-нолики - это « квантовое обобщение» крестиков-ноликов, в котором ходы игроков являются «суперпозицией» ходов классической игры. Игра была изобретена Алланом Гоффом из Novatia Labs , который описывает ее как «способ представить квантовую физику без математики» и предлагает «концептуальную основу для понимания смысла квантовой механики». [1] [2] [3] [4]
Задний план
Мотивом для изобретения квантовых крестиков-ноликов было исследование того, что значит находиться в двух местах одновременно. В классической физике один объект не может находиться в двух местах одновременно. В квантовой физике , однако, математика, используемая для описания квантовых систем, похоже, подразумевает, что перед тем, как подвергнуться квантовому измерению (или «наблюдению»), определенные квантовые частицы могут находиться в нескольких местах одновременно. (Пример из учебника - эксперимент с двумя щелями .) Как Вселенная может быть такой, довольно противоречиво. Между математикой и нашими мысленными образами реальности существует разрыв, которого нет в классической физике. Вот почему квантовая механика поддерживает множественные « интерпретации ».
Исследователи, которые изобрели квантовые крестики-нолики, изучали абстрактные квантовые системы, формальные системы, аксиоматическая основа которых включала лишь некоторые из аксиом квантовой механики. Квантовые крестики-нолики стали наиболее тщательно изученной абстрактной квантовой системой и предложили идеи, которые породили новые исследования. Это также оказалась веселая и увлекательная игра, которая также обеспечивает хорошую педагогику в классе.
Правила квантовых крестиков-ноликов пытаются уловить три явления квантовых систем:
- суперпозиция
- способность квантовых объектов находиться сразу в двух местах.
- запутанность
- явление, при котором отдаленные части квантовой системы обнаруживают корреляции, которые нельзя объяснить ни времениподобной причинностью, ни общей причиной.
- крах
- явление, когда квантовые состояния системы сводятся к классическим состояниям. Коллапсы происходят, когда происходит измерение, но математика нынешней формулировки квантовой механики ничего не говорит о процессе измерения. Многие интерпретации квантовой механики проистекают из различных попыток решить проблему измерения.
Геймплей
Квантовые крестики-нолики захватывают три квантовых явления, обсужденных выше, изменяя одно основное правило классических крестиков-ноликов: количество знаков, разрешенных в каждом квадрате. Дополнительные правила определяют, когда и как набор меток «сворачивается» в классические ходы.
На каждом ходу текущий игрок отмечает два квадрата своей буквой (X или O) вместо одной, и каждая буква (X или O) получает индекс с номером хода (начало отсчета с 1). Эти пары отметок называются жуткими отметками . (Поскольку X всегда ходит первым, индексы в X всегда нечетные, а индексы в O всегда четные.)
Например, первый ход игрока 1 может заключаться в том, чтобы поставить «X 1 » как в верхнем левом, так и в нижнем правом квадрате. Два отмеченных таким образом квадрата называются запутанными . Во время игры в одном квадрате может быть до восьми жутких знаков (если квадрат перепутан со всеми восемью другими квадратами).
Явление коллапса фиксируется указанием, что «циклическое запутывание» вызывает «измерение». Циклическое переплетение является циклом в графе перепутывания; например, если
- квадрат 1 запутывается ходом X 1 с квадратом 4, и
- квадрат 4 запутан ходом X 3 с квадратом 8, и
- квадрат 8, в свою очередь, запутан ходом O 4 с квадратом 1,
тогда эти три квадрата образуют циклическую запутанность. В конце хода, в котором была создана циклическая запутанность, игрок, чей ход не является, то есть игрок, который не создавал цикл, выбирает один из двух способов «измерить» цикл и, таким образом, вызвать все запутанные квадраты, чтобы "схлопнуться" в классические движения крестики-нолики. В предыдущем примере, поскольку игрок 2 создал цикл, игрок 1 решает, как его «измерить». У игрока 1 есть два варианта:
- X 1 схлопывается в квадрат 1. Это заставляет O 4 схлопнуться в квадрат 8, а X 3 схлопнуться в квадрат 4.
- X 1 схлопывается в квадрат 4. Это заставляет X 3 схлопнуться в квадрат 8, а O 4 схлопнуться в квадрат 1.
Любые другие цепочки запутываний, свисающие с цикла, также рухнут в это время; например, если квадрат 1 также был перепутан через O 2 с квадратом 5, то любое из приведенных выше измерений вынудило бы O 2 схлопнуться в квадрат 5. (Обратите внимание, что невозможно создать два или более циклических перепутывания за один ход. )
Когда ход сворачивается в один квадрат, этот квадрат постоянно помечается (крупным шрифтом) буквой и нижним индексом свернутого хода - классическая отметка . Квадрат с классической отметкой остается неизменным до конца игры; на нем нельзя больше ставить жуткие отметки.
Победителем объявляется первый игрок, выполнивший крестики-нолики (три подряд по горизонтали, вертикали или диагонали), полностью состоящие из классических знаков . Поскольку одно измерение может свернуть всю доску и дать классические крестики-нолики обоим игрокам одновременно, правила заявляют, что игрок, у которого крестики-нолики имеют нижний максимальный индекс, получает одно очко, а игрок чей крестики-нолики имеют более высокий максимальный индекс, получает только половину балла.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Гофф, Аллан; Леманн, Дейл; Сигел, Джоэл (2002-07-07). «Квантовые крестики-нолики, жуткие монеты и волшебные конверты как метафоры для релятивистской квантовой физики» (PDF) . 38-я Совместная конференция и выставка по двигательным установкам AIAA / ASME / SAE / ASEE (PDF) . DOI : 10.2514 / 6.2002-3763 . ISBN 9781624101151 (PDF) . Проверить
|archive-url=
значение ( помощь ) - ^ Гофф, Аллан (2004). «Квантовые крестики-нолики как метафора квантовой физики». Материалы конференции AIP . 699 : 1152–1159. Bibcode : 2004AIPC..699.1152G . DOI : 10.1063 / 1.1649685 .
- ^ Гофф, Аллан (2006). «Квантовые крестики-нолики: обучающая метафора суперпозиции в квантовой механике». Американский журнал физики . 74 (11): 962–973. Bibcode : 2006AmJPh..74..962G . DOI : 10.1119 / 1.2213635 . ISSN 0002-9505 .
- ^ Сагола, Сай; Дей, Анурит; Бехера, Бикаш; Паниграхи, Прасанта (22 декабря 2019 г.). Квантовые крестики-нолики: гибрид квантовых и классических вычислений . DOI : 10,13140 / rg.2.2.18883.76320 .