Pouvez-vous battre ce jeu de puzzle quantique ?

Les jeux de physique sont devenus une partie importante du paysage des jeux. Ce sont des jeux qui demandent aux joueurs d’exploiter les lois de la physique pour gagner. Un exemple est Laser Puzzle dans lequel les joueurs disposent des miroirs pour rediriger un faisceau laser sur un certain nombre de cibles. Un autre est l’Art de la gravité où les joueurs détruisent des constructions en briques pour observer les modèles fascinants de blocs qui tombent.

Certains jeux plongent même dans le monde quantique. Mais ce type de physique est beaucoup plus difficile à simuler, de sorte que ces jeux impliquent généralement un phénomène quantique simple tel que le comportement de photons uniques. Tout ce qui est plus complexe devient exponentiellement plus difficile à simuler.

Néanmoins, les physiciens ont trouvé divers raccourcis de codage pour rendre ces types de simulations plus efficaces. Ce qu’il faut, c’est un moyen de les transformer en un jeu qui vaut la peine d’être joué.

Entrez dans Quantum Game, un jeu par navigateur dans lequel les joueurs doivent résoudre des énigmes de photons en utilisant les étranges propriétés quantiques de l’enchevêtrement, de la superposition et de l’interférence. Le jeu est une introduction à un effort plus large et beaucoup plus ambitieux pour créer un laboratoire virtuel d’optique quantique.

Expériences quantiques virtuelles

Ce « laboratoire virtuel permet d’explorer la nature de la physique quantique, de simuler l’informatique quantique, d’utiliser la cryptographie quantique, d’explorer des phénomènes quantiques contre-intuitifs et de recréer des expériences historiques », expliquent les développeurs dirigés par Piotr Migdal dans une société appelée Quantum FlyTrap. en Pologne.

Le laboratoire peut simuler des expériences impliquant jusqu’à trois photons, ce qui nécessite un nouveau codage considérable. Ils disent que le comportement d’un seul photon peut être décrit par 1000 nombres complexes pour capturer sa position dans l’espace 2D, sa polarisation et sa direction. En revanche, “une simulation à trois photons nécessite un milliard de dimensions”, explique l’équipe.

Le laboratoire virtuel permet de simuler un large éventail d’expériences d’optique quantique et d’en concevoir de nouvelles. C’est utile pour les chercheurs, les éducateurs et les étudiants. Le laboratoire comprend un certain nombre de configurations préconçues, pour des expériences telles que le protocole de distribution de clé quantique BB84 pour la cryptographie, l’effet Zeno quantique et la téléportation quantique. Il permet également aux utilisateurs de stocker leurs propres expériences.

Un niveau de jeu dans une série d’énigmes quantiques (source : lab.quantumflytrap.com)

Pour aider les gens à apprendre à utiliser le laboratoire tout en s’amusant, Migdal et ses collègues ont développé le jeu de réflexion Quantum Game. Cela prend la forme d’une série d’énigmes de plus en plus avancées qui introduisent des interférences, des polarisations, des enchevêtrements, etc. Résoudre un puzzle débloque le suivant.

Ils gamifient le laboratoire avec une interface intuitive par glisser-déposer, en utilisant des roches de dessins animés pour bloquer les photons, en introduisant des mines que les photons doivent éviter (inspirées de Minesweeper) et en remplaçant les détecteurs de photons par des attrape-mouches Venus inspirés de la série de jeux Mario. Migdal a même nommé leur entreprise d’après ce pantalon.

Le résultat est poli, éducatif et stimulant. C’est aussi gratuit et étonnamment divertissant.

Le laboratoire virtuel est déjà mis à l’épreuve dans des cours à l’Université d’Oxford au Royaume-Uni et à l’Université de Stanford en Californie. “Nos élèves ont adoré”, a déclaré un éducateur.

Il n’y a aucune raison pour que vous ne le soyez pas aussi. Vous pourriez même apprendre quelque chose !


Ref : Visualiser la mécanique quantique dans une simulation interactiveLaboratoire virtuel par Quantum Flytrap : arxiv.org/abs/2203.13300

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