Tic-tac-toe simülatörü, matris cebiri olmadan kuantum fiziğini öğretmenin bir yolunu sunuyor

SUNY Politeknik Enstitüsü’nden bir ekip, Quantum Tic-Tac-Toe olarak bilinen kuantum kuralına dayalı bir simülatör tasarladı. Simülatör başlangıçta öğrencilerin oyun benzeri bir ortamda matris cebiri kullanmadan kuantum mekaniğindeki soyut kavramları öğrenmelerine yardımcı olmak için tasarlandı. Klasik tic-tac-toe kurallarına benzer kurallara sahiptir ancak dalga fonksiyonunun çökmesi, kuantum dolaşıklığı ve kuantum süperpozisyonu gibi kuantum mekaniğinden gelen fenomenleri içerir. Bu kavramlar aynı zamanda kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığının da temel taşlarıdır.

En önemli fark, her oyuncunun, her hamlede tahtaya birden fazla işaret koyabilmesidir; bu, her oyuncunun geçmiş hamlelerin süperpozisyonuna dayalı olarak birden fazla “oyun” oynadığı fikrini taklit eder.

Bu ayar, simülasyonun üretebileceği olası konfigürasyonların sayısını önemli ölçüde artırır. Klasik tic-tac-toe’daki 400.000’den az konfigürasyona kıyasla 10 milyar kadar konfigürasyona sahip olabilir. Bu nedenle istatistiksel olarak oyunun klasik versiyondan ne kadar farklı olduğu belli değildi.

SUNY Politeknik Enstitüsü’nde fizik profesörü olan Dr. Shing-Chi Leung, “STEM Proje Tasarımı: Kuantum ve Hesaplamalı Fiziği Tic-Tac-Toe ile Harmanlamak” makalesini yayınladı. Fizik Eğitimi. Bunu bilgisayar bilimleri alanında son sınıf öğrencisi olan Quintin Weigand ile birlikte yazdı.

Makale, 2025 yılında Yaz Lisans Araştırma Programı (SURP) aracılığıyla tamamlanan bir öğrenci projesine dayanmaktadır. 10 haftalık araştırma stajı sırasında öğrenciler, fakülte danışmanlarıyla birlikte çalışır ve araştırma ve iletişim eğitimi alırlar. Programın sonunda bulgularını halka açık bir poster sunumuyla sunuyorlar. Leung, konfigürasyonları sistematik olarak incelemek için istatistiksel yöntemler kullanarak simülatörü geliştirmek için Weigand ile birlikte çalıştı.

Ekip, çalışma için algoritmayı yeniden gözden geçirdi ve simülasyonların uygulanmasındaki teknik zorlukları vurguladı. Ayrıca Quantum Tic-Tac-Toe stratejilerinin klasik versiyondan ne kadar farklı olduğunu da tartıştılar. 10 milyondan fazla konfigürasyonu inceleyerek oyunun nasıl gelişebileceği konusunda yakınsak davranışlar buldular ve diğer eğitmenlerin kullanabileceği sayısal kıyaslamalar geliştirdiler. Ayrıca oyuncuların kazanma şanslarını artırmak için kullanabilecekleri yeni stratejileri de araştırdılar.

Leung şöyle dedi: “Bu projenin çok disiplinli bir projenin ayrıntılı bir örneği olmasına sevindim. Kuantum sistemlerini akıllıca taklit eden ilginç bir sorunu çözmek için yazılım mühendisliğini algoritma tasarımıyla birleştiriyor. Quintin’in simülasyonu görselleştirebildiğimiz, sonuçları analiz edebildiğimiz ve bir makaleyi birlikte yazabildiğimiz tam kapsamlı bir yapı inşa etmesi, öğrencilerimizin bir araştırma kariyerine doğru çalışırken ilginç sonuçlar elde edebileceklerini gösteriyor.”

Weigand şunları söyledi: “Kuantum etkileşimleri gibi karmaşık konuları kolayca sindirilebilir bir formatta görselleştirmek, yazılım mühendisliğinin bir sınırıdır. Standart yazılım yapılarıyla bile, bu kavramları yalnızca bilgisayar bilimi ortamlarında değil, hesaplamalı fizikte de uyguladık. Bu, kişinin yazılımda izleyebileceği birçok yolu gösteriyor.”