Как древняя настольная игра может открыть передовые физические открытия

Транспортир игра Вероятно, он возник еще в 6000 г. до н.э. в Иордании. В нее играют во всем мире и по сей день. Он состоит из камней, которые игроки перемещают между небольшими отверстиями на деревянном игровом поле. Цель игры состоит в том, чтобы загнать все камни в последнюю лунку в конце доски.

В новом исследовании, опубликованном в Квантовая наука AVSИсследователи из Тулейнского университета применили модифицированную версию транспортира для пасьянса, которую они назвали ManQala, к геометрии квантовых состояний, области квантовой физики, которая занимается переводом квантовых систем в определенные состояния.

По словам Райана Глейзера, доцента физики в Колледже науки и инженерии, центральная проблема, которую пытается решить инженерия квантового состояния, заключается в следующем: «Что мне нужно сделать, чтобы привести мою квантовую систему в нужное мне состояние?» По сути, исследователям нужно выяснить, как заставить частицы оставаться в определенных местах или иметь определенную энергию, чтобы изучать их и использовать квантовые компьютеры.

С квантовыми частицами это сложнее, чем, скажем, с камнями на транспортире. «Квантовые вещи в целом очень чувствительны и их трудно контролировать», — сказал Глейзер. «Система может быстро выйти из строя и привести к потере любого количественного преимущества, которое у вас есть или которое вы хотели бы иметь».

У квантовых физиков уже есть несколько способов решения этих проблем, но моделирование, проведенное исследователями в этом исследовании, показало, что ManQala более эффективен даже на более простых системах. «Мы уже видим преимущества даже в этих упрощенных системах с тремя и тремя отверстиями», — сказал Глейзер.

По словам Глейзера, это исследование является одним из многих в области квантовых игр, которое «эффективно берет обычные игры, такие как судоку, шашки или крестики-нолики, применяет к ним правила квантовой физики и видит интересные вещи, которые могут произойти». При работе с квантовыми частицами, а не с физическими камнями, частицы могут мешать друг другу, когда они находятся в соседних «ямах». Это означает, что доступно больше ходов, и, по крайней мере, для Манкалы «вы можете выиграть игру, если будете использовать количественные правила, тогда как вы не смогли бы выиграть, если бы использовали классические правила», — сказал Глейзер.

Хотя это исследование было сосредоточено на моделировании, Глейзер с оптимизмом смотрит на будущее применение транспортира. «Сейчас это находится в области теории, но я думаю, что это определенно осуществимо экспериментально», — сказал Глейзер. Он надеется применить ManQala к облачному компьютеру IBM Quantum, который он использовал для исследований в прошлом вместе с коллегами-исследователями Томасом Сирлзом из Иллинойского университета в Чикаго и Брайаном Кирби, доцентом физики в Тулейне.