中国科学家:使用纠缠的光子玩“量子围棋”

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  文章来源:量子认知

  由上海交大、中科大、华东科大的物理学家和数学家组成的一个科研团队,使用纠缠的光子开发了一种围棋游戏。他们在arXiv预印服务器上发布了一篇论文,题为:“量子围棋机”。在论文中描述了他们的研究,并解释了为什么他们认为这样的设置可以用作创建其它基于量子博弈的基准。

中国科学家:使用纠缠的光子玩“量子围棋”

  围棋,是一种策略性两人棋类游戏,中国古时称“弈”,西方名称“Go”,在装满格子的正方形棋盘上进行游戏,它包含黑色和白色的围棋子。两个玩家轮流将棋子放置在正方形的顶点上。

  每个玩家的目标是比对手包围更多的棋盘,可以通过在所有正交相邻的点上将对手包围起来来捕获对手。乍一看,游戏看起来很简单,但仔细观察表明,由于其复杂性,会产生高水平的博弈。

中国科学家:使用纠缠的光子玩“量子围棋”

  在这项新的研究工作中,研究人员试图通过添加量子元素来提高围棋的复杂性。他们没有使用棋子,而是使用纠缠的光子;不是每个玩家放下一块棋子,而是放下了纠缠的光子。

  在这个量子围棋版本中,两个纠缠的光子都保留在虚拟板上,直到与另一个光子发生接触为止。此时,只有一个纠缠的光子仍在起作用。添加纠缠的光子会增加游戏的复杂性,因为这种添加对会使可能的配置数量加倍。

  如下图所示量子围棋机。a。 量子棋子盒的实验装置,可以将生成的光子对调整为最大纠缠态、非最大纠缠态和乘积态,以充当不同的量子棋子。b。 坍塌度测量模块。光子进入此模块后,将通过偏振分束器对其进行测量,然后量子态坍塌至路径1和3(或路径2和4)。四个单光子探测器将光子信号转换为电子信号。

中国科学家:使用纠缠的光子玩“量子围棋”

  如上图所示,c。 下棋时间存储模块。坍塌测量模块的四个输出通道将被引导到该模块中。可以通过设置适当的重合时间窗口来获取每对纠缠光子的坍塌结果信息,并将其记录为时间序列数据中的有效存储状态。将通道1和3中的信号重合编码为“1”,将通道2和4中的信号重合编码为“0”。d。 从时间序列数据中使用量子棋子玩量子围棋的图示。两个机械臂代表两个代理,它们共同帮助执行量子围棋游戏。从量子棋子盒子中轮流挑选量子棋子,并将每块棋子放在虚拟板的两个交叉点上。将量子棋子放在邻居的相交处时,游戏会从时间序列数据中获得坍塌结果,并在坍塌测量模块中使用回溯的测量结果。

中国科学家:使用纠缠的光子玩“量子围棋”

  如上图所示放置棋子并进行坍塌测量。 a。 例如游戏的前四步动作。 在“移动3”中,该板上有3个量子棋子。在“移动4”中,由于白棋4分别位于黑棋1和3的旁边,这三个量子棋子的可检测区域还包含其他棋子,这会导致坍塌测量。 测量之后,1,3和4成为经典棋子。 b。 对白棋4决定位置的不可区分的状态。 在不完善的信息游戏中,这些状态将被放入与白棋玩家相同的信息集中。 c。 对应于量子棋子两个交点和坍塌测量结果的p1和p2的选择被记录在表中。

  当然,这会使双方更难制定下一步行动。在量子围棋中,玩家仍然可以围捕对手的棋子(光子),但有一个例外,棋子一定不能处于纠缠状态。

  使事情变得更加有趣的是,玩家将不会事先知道棋子(光子)是否被缠住了。如果事实如此,围捕对方的棋子就无效,棋子仍然留在棋盘上。

中国科学家:使用纠缠的光子玩“量子围棋”

  如图所示在7×7棋盘上的量子围棋的实验演示。a。 在最左边的棋盘上,有五个量子棋子。 与白棋2相邻设置的黑棋5将导致量子棋子2和5坍塌。前几个动作显示在板上。具体来说,当放置第5、7、8、10、13、14、16、17、18和19个量子棋子时,坍塌测量由移动触发。b。 该表格根据时间序列数据和玩家的选择显示了特定的移动、坍塌测量结果和诱导的相交。

中国科学家:使用纠缠的光子玩“量子围棋”

  研究人员使用纠缠光子创建的这个量子围棋版本,发现随着游戏的进行不断产生纠缠光子,他们能够在博弈游戏中引入随机元素。研究指出,这是构建功能更强大的人工智能系统所必需的。不仅是围棋,许多博弈都具有类似复杂的随机性,例如扑克。

中国科学家:使用纠缠的光子玩“量子围棋”
(责编:樊璐璐)