量子コンピューティングボードゲームの設計

遊びたい?エンタングリオンの独自のコピーを作成してください!
量子コンピューティングは、重ね合わせや絡み合いなどの量子力学的現象を使用して、古典的なコンピューターでは扱いにくいと考えられる計算を実行する、急速に成熟しつつある分野です。

前の文の単語を理解していなければ、あなたは一人ではありません!量子コンピューティングへの私の最初の紹介は、私が大学生だったときで、私の友人は彼が量子コンピューティングを勉強していると言っていました。私は彼にこれが何であるかを尋ねました、そして5分後、私はまだ分かりませんでした。

2016年半ばに早急に、IBM Q ExperienceおよびQISKitを開発したIBM Researchのチームに参加し、量子コンピューティングが何であるかを正確に把握する必要がありました。見つけられるオンラインガイドやチュートリアルをすべて読んで、数え切れないほどのビデオを視聴しましたが、何かを理解すると思ったときはいつでも、私は最初に戻って、資料をしっかりと把握していませんでした。さらに、正直に言うと、この資料は理解が難しく、数学的表現の壁に隠れていました。私は、量子コンピューティングの基本原理について誰かを教育するより良い方法を切望していました。

量子+ボードゲーム=素晴らしい!

ある週末、夫(IBMの研究者でもあります)と私は一緒にプレイするために新しいボードゲームを購入しました。ボックスはゲームのプレイに2時間かかったと主張しましたが、ルールを学習し、ターンをプレイしようとし、ミスを犯し、ルールブックを常に参照して修正するよりもはるかに多くの時間を費やしました。終わりまでに、私たちは完全なゲームをプレイすることができました(そして、慣習どおり、私は勝ちました!)が、このプロセスを熟考すると、私たちは、任意のルールでゲームを学習するのにどれだけの時間とエネルギーを費やしたかに驚いていました。同じことができても、途中で何かを学べたらどうでしょうか?

これが、量子コンピューティングボードゲームのアイデアが生まれた方法です。

ゲームの設計は難しいです。量子ゲームを設計していますか?はるかに難しい。

夫と私は、2つの目標を持つボードゲームを設計するために協力しました。それは楽しくなければならず、プレイヤーに量子コンピューティングの基本原理を教える必要がありました。どちらも人間とコンピューターの相互作用(HCI)の研究経験があり、人々がテクノロジーとやり取りする方法を理解し、改善することを目指しています。ゲームの開発では、HCIの2つの主要な研究方法、つまりペーパープロトタイプと反復設計に依存していました。

紙の上で設計することで、新しいメカニズムとルールをテストする際に、ゲームに迅速な変更を加えることができました。ゲームの初期バージョンでは、他のボードゲームの多くのコンポーネントに加えて、多くの付箋紙と紙の切り抜きを取り入れました。楽しいと感じたゲームの仕組みに落ち着いた後、IBM Researchの研究室の量子科学者のグループにプロトタイプを見せて、科学の側面に関するフィードバックを得ました。彼らのお気に入りのコメントは「これはクォンタムではない」というもので、ダンボールでクォンタムシステムを表現する新しい方法を考えるために図面に戻ってきました。量子科学者が承認の印を付ける前に、ボードゲームの5つの主要な反復を作成することになりました。

ボードゲームの最初のバージョンでは、Carcassoneからコンポーネントを借りました。ボードゲームの3回目の繰り返しは非常にカラフルで、楽しくプレイできましたが、量子科学者は「十分に量子的ではない」と感じていました。IBMのフェローであり量子情報科学の分野の先駆者であるチャールズベネット博士は、ゲームの2回目の反復についてフィードバックをくれました。反復4では、プレイヤーが宇宙船を惑星から惑星に移動して量子コンピューターのコンポーネントを取得するというSFテーマに決着しました。

学習目標

高度に技術的な科目を教えるためにゲームを設計するとき、私たちは目標がプレイヤーに量子コンピューティングの高レベルの概念を単に紹介することなのか、量子コンピューティングアルゴリズムの複雑な詳細に深く入るのかを考えました。幅広いプレイヤーがゲームを楽しめるようにするために、量子アルゴリズムの詳細(技術的マスタリー)に深く焦点を当てるのではなく、高レベルの概念(概念的マスタリー)に精通することに重点を置くことを選択しました。量子コンピューティングの基本概念である量子ビットと量子状態、重ね合わせ、エンタングルメント、測定、エラー、および実際の量子コンピューターの構築に関与するさまざまな種類のハードウェアとソフトウェアのコンポーネントにプレイヤーをさらすべきだと判断しました。設計プロセスの早い段階で、私たちはゲームの目標を、その構成要素から量子コンピューターを構築することでした!

協力的または競争的?

多くのボードゲームは競争力があり、知恵と戦略の戦いでプレイヤーとプレイヤーを戦わせます。私たちの目的は教育的なゲームを作ることだったので、ゲームの目的を達成するためにプレイヤーが一緒に働いたときに最高の学習成果が起こると感じました。この決定は、プレイテストセッション中に行った観察から行いました。プレイヤーは、「これをプレイするとどうなりますか?」や「これはどのように機能しますか?」ゲームの基礎となるメカニズム。量子コンピューティングのメカニズムの強力な理解につながります。これらはまさに、ゲームをプレイしているときにプレイヤーにしてもらいたい種類のディスカッションであり、ゲームを協力的にしました。

ゲームの難易度の調整

ゲームをすばらしいものにする品質は、適切なタイミングで適切な量だけプレーヤーに挑戦する能力にあります。簡単すぎるゲームは些細で満足のいくものではありません。難しすぎるゲームはイライラさせられ、放棄につながります。このように、ゲームが楽しいだけで十分であることを保証したいという強い要望がありましたが、プレイヤーにフラストレーションや不満をあきらめるほど難しくはありませんでした。

難易度を調整する際に直面した課題の1つは、ゲームが簡単すぎたり難すぎたりしないことを確信するために十分な人にプレイテストをしてもらうことでした。この課題を克服するために、実際にゲームとAIプレイヤーが一緒にプレイできるシミュレーターを実装しました。ゲームの難易度を調整するために何千ものゲームシミュレーションを実行し、微調整を行い、シミュレーションを実行してその効果を理解しました。 AIプレイヤーは、人々がどのように私たちのゲームをプレイするかを正確に把握していませんが、AIチームの50〜60%の勝率は、人間のプレイヤーにとって十分なレベルの挑戦に相当すると経験的に決定しました。

エンタングリオンに入る

量子科学者との反復作業、同僚とのプレイテスト、および数千のゲームシミュレーションの実行の後、5回目のイテレーションがエンタングリオンと呼ばれるゲームになりました。 Entanglion(エンタングルメントという言葉の遊び)は、Githubのオープンソースプロジェクトとして2017年12月にリリースされ、誰もがそれを楽しみ、量子コンピューティングについて学ぶことができるようになりました。ボードゲーム、量子コンピューティング、またはその両方に興味のあるすべての人に、ゲームを楽しんで友人と共有することをお勧めします。

ゲームをプレイした後、QISkitにアクセスして独自のゲームを作成し、実際のゲームをプログラミングして量子コンピューティングの詳細を学んでください。