2021-01-07发表2021-04-21更新量子科普 / 量子游戏15 分钟读完 (大约2249个字)0次访问

蚁人大败霍金？让我们也来一局女王的量子象棋吧！

来源：求是量子系列之“量子科普”

象棋作为拥有千年历史的竞技运动，可以说是家喻户晓。而前一阵子火爆全网的《后翼弃兵》（又名《女王的棋局》）更是让小编重新领略了这个古老对抗性游戏的魅力。这类游戏的迷人之处就在于：一组简单的规则可以演化出诡谲多变的棋局。

随着量子理论的建立与推广，一些“疯狂”的科学家开始思考：如果在量子世界中下象棋又会怎样呢？今天，小编就带大家探秘一下“女王的量子棋局”。

为了打消大家的担忧，小编在这里拍胸脯表示量子象棋是正经的竞技运动，而不是打着量子旗号的骗局。就在近日，首届全球量子象棋比赛已经落下帷幕（感兴趣的可以戳我们以前的文章《全球量子科技与工业快讯（第一期）》）。

一个好消息是，理解量子象棋并不需要任何量子物理的知识，甚至还能帮助大家入门一些量子物理的基础知识，作为茶（yi）余（yan）饭（bu）后（he）的谈（zhuang）资（bi）。事实上，好莱坞明星保罗·路德（《蚁人》主演）曾在量子象棋中击败了顶级科学家斯蒂芬·霍金（如果小伙伴们对相关视频感兴趣，下次可以搬运过来～）。

当然，略微知道一些传统象棋（国际象棋或者中国象棋）的规则还是有很有帮助的（偷偷说一句：小编自己也不会下传统象棋）。那么接下来就让我们一起来盘一盘所谓的量子象棋吧。

在量子象棋中，每位选手除了可以像在传统象棋中进行传统走棋外，还可以进行所谓的“量子走棋”。跟传统走棋不同的是，量子走棋可以导致棋盘的叠加，也就是所谓的多重棋盘（有点多重宇宙的味道了）。

这里其实和谢耳朵下的3维象棋有异曲同工之妙。如果有小伙伴感兴趣，下次小编还可以写一篇短文带大家盘一盘3维象棋。如果你从来没有听说过量子叠加，不用担心，下面我们就仔细看一下导致叠加的量子走棋是怎么一回事。

量子象棋的起始棋盘只有一个，棋子的布局也和传统象棋一摸一样。对象棋不熟悉的小伙伴可以参考下图。

在量子象棋中，所有棋子的行棋规则也是和传统象棋一样的。为了让大家更直观地明白量子走棋，我们一起来看如下的这个例子。

图中第一个棋盘是我们进行量子走棋前棋盘的状态，而下面两个棋盘则是量子走棋导致的叠加棋盘。这里，我们假设走皇后（国际象棋Queen）从D1到D3。如果这一步是传统走棋，那么我们还是只有一个棋盘，只不过皇后的位置从D1变成了D3。但这里是量子走棋，所以我们会有两种可能的棋盘状态。第一种是皇后的位置变动了，从D1到D3。而第二种情况则是皇后的位置没有改变。这两种情况发生的概率各占一半（就好像扔硬币，正反面概率一半一半）。而最终的棋盘是这两种棋盘状态的“叠加”，此时的最终的棋盘将变成下图：

“皇后”棋子上面被涂成了黑色，并且可以出现在棋盘上两个不同的位置，即D1和D3。这就是我们所谓的“量子叠加”。那么，好奇的小伙伴肯定会问了，那如果我们再对一个处于叠加态的棋子（即这里的皇后）进行走棋，又会怎么样呢？其实规则还是类似的，不过下面我们还是通过例子来进一步说明。

在我们进行了量子走棋后，轮到对方行棋了。这里我们假设对方进行了传统走棋，把兵从E7移动到了E6。如果我们接下来还想对处于叠加态的皇后进行走棋，我们面临两个选择，一是进行传统走棋，二是进行量子走棋。我们先来看看如果进行经典走棋。

进一步假设我们想把皇后从D3移动到B5，这一步走棋将影响所有的棋盘，也就是说，对于所有有皇后在D3的棋盘，皇后都会被移动到B5。不过我们目前只有2个棋盘，分别对应皇后在D1和D3，所以最终的结果会变成下图：

此时，皇后处于D1和B5的叠加态，依然是各占一半的概率。而实际上量子走棋的效果也是类似的，不过棋盘会进一步变成多个！比如我们想对D3的皇后进行量子走棋至B5，那么我们将会有三个棋盘，分别是皇后在D1，D3，B5，而他们对应的概率分别是50%，25%和25%。因为原来50%概率的D3棋盘被量子走棋进一步划分成了各占一半的D3（不走）和B5（走），他们的概率也相应变成了50%*50% = 25%。

至此，大家已经明白了量子象棋的基本规则。然而求（sang）知（xin）若（bing）渴（kuang）的科学家并没有就此停下脚步，因为他们发现这样的量子走棋太弱了！细心的小伙伴应该已经发现了，这里量子走棋其实只是提供了50%的概率让你在这一步可以不做任何走棋。所以，量子象棋还有一个额外的规则：量子走棋每次可以最多进行2次传统走棋！

回到一开始的例子，我们对皇后进行量子走棋从D1到D3。因为添加了这个新的规则，我们还可以进一步将后从D3走到B3。这样棋局就变成了：