Gate Operator – การทำงานของ Quantum Gate
ในเกม The | Qubits⟩ Wars ชุดการ์ด Gate Operator คือหัวใจของการควบคุมวงจรควอนตัม หน้านี้จะอธิบายการทำงานของแต่ละ Gate พร้อมตัวอย่างเหตุการณ์ในเกม เพื่อให้ผู้เล่นเห็นภาพและวางกลยุทธ์ได้ชัดเจน
1. Pauli-X Gate (Not Gate)
|0⟩ กับ |1⟩
แนวคิดพื้นฐาน: Pauli-X Gate ทำหน้าที่เหมือน Not Gate ในวงจรดิจิทัล สลับสถานะของคิวบิตจาก |0⟩ เป็น |1⟩ และจาก |1⟩ เป็น |0⟩ ทันที
- ถ้าอินพุตเป็น
|0⟩→ เอาต์พุตเป็น|1⟩ - ถ้าอินพุตเป็น
|1⟩→ เอาต์พุตเป็น|0⟩
ตัวอย่างเหตุการณ์ในเกม
ตัวอย่าง 1 – พลิกสถานะเองให้เข้า Mission:
Mission ของผู้เล่นกำหนดว่าต้องการให้คิวบิตตัวบนสุดจบที่สถานะ |1⟩ แต่ตอนนี้คิวบิตยังเป็น |0⟩ ผู้เล่นจึงใช้การ์ด Pauli-X วางบนสายคิวบิตนั้น เพื่อพลิกสถานะให้กลายเป็น |1⟩ ก่อนเข้าสู่ Phase การวัด
ตัวอย่าง 2 – ก่อกวนคู่ต่อสู้:
เห็นว่าคู่ต่อสู้ต้องการให้คิวบิตของเขาจบที่ |0⟩ เพื่อทำ Mission ให้สำเร็จ เมื่อถึงตาของเรา เราจึงใช้ X Gate บนคิวบิตนั้น ทำให้สถานะเปลี่ยนเป็น |1⟩ และทำให้ Mission ของเขาเสี่ยงจะล้มเหลว
2. Hadamard Gate (Superposition)
แนวคิดพื้นฐาน: Hadamard Gate เปลี่ยนคิวบิตจากสถานะพื้นฐาน |0⟩ หรือ |1⟩ ให้กลายเป็นสถานะซ้อนทับ (superposition)
|0⟩ผ่าน H → ได้|+⟩|1⟩ผ่าน H → ได้|−⟩- และ H สามารถเปลี่ยน
|+⟩กลับเป็น|0⟩หรือ|−⟩กลับเป็น|1⟩ได้เช่นกัน
ตัวอย่างเหตุการณ์ในเกม
ตัวอย่าง 1 – เพิ่มโอกาสให้ Mission สำเร็จ:
Mission กำหนดว่าถ้าคิวบิตตัวกลางวัดได้ |0⟩ จะได้คะแนนสูง แต่ถ้าวัดเป็น |1⟩ ก็ยังได้คะแนนบางส่วน ผู้เล่นจึงใช้ H Gate เพื่อสร้างสถานะซ้อนทับ ทำให้เมื่อวัดแล้วมีโอกาสได้ทั้งสองสถานะตามสัดส่วนความน่าจะเป็น แทนที่จะล็อกอยู่ที่สถานะเดียว
ตัวอย่าง 2 – หลอกคู่ต่อสู้:
คู่ต่อสู้พยายามคาดเดาสถานะคิวบิตของเราเพื่อใช้ Noise Card ขัดขวาง เราใช้ Hadamard Gate ก่อนถึงช่วง Measurement ทำให้สถานะของคิวบิต “เบลอ” ยากต่อการอ่านเกมของอีกฝ่าย
3. Pauli-Z Gate (Phase Flip Gate)
แนวคิดพื้นฐาน: Z Gate ไม่เปลี่ยนจาก |0⟩ เป็น |1⟩ แต่เปลี่ยน “เฟส” ของสถานะ |1⟩ เป็น −|1⟩ ซึ่งทำให้ผลของการซ้อนทับเปลี่ยนไป
|0⟩ผ่าน Z → ยังเป็น|0⟩|1⟩ผ่าน Z → กลายเป็น−|1⟩|+⟩ผ่าน Z → กลายเป็น|−⟩และ|−⟩ผ่าน Z → กลายเป็น|+⟩
ตัวอย่างเหตุการณ์ในเกม
ตัวอย่าง 1 – ปรับเฟสให้ตรงกับ Mission:
Mission บางใบให้คะแนนเมื่อคิวบิตอยู่ในสถานะ |−⟩ แทนที่จะเป็น |+⟩ หากเราสร้าง |+⟩ ไว้แล้ว สามารถใช้ Z Gate เพื่อแปลงเป็น |−⟩ ได้โดยไม่ต้องรื้อวงจรใหม่ทั้งหมด
ตัวอย่าง 2 – ทำลาย interference ของคู่ต่อสู้:
คู่ต่อสู้วางแผนใช้ interference ของหลาย Gate เพื่อเพิ่มโอกาสให้การวัดเป็นค่าหนึ่งค่าหนึ่ง เราใช้ Z Gate แทรกลงไป ทำให้เฟสเปลี่ยน และรูปแบบ interference เดิมของเขาพังลง
4. Identity Gate
แนวคิดพื้นฐาน: Identity Gate (I) เป็น Gate ที่ ไม่เปลี่ยนสถานะของคิวบิตเลย แต่มีประโยชน์เชิงกลยุทธ์ในเกม เช่น ใช้ “รักษา” สถานะที่ดีอยู่แล้ว หรือใช้เพื่อให้ครบจำนวน Gate ตามเงื่อนไข Mission
I|0⟩ = |0⟩,I|1⟩ = |1⟩และI(α|0⟩ + β|1⟩) = α|0⟩ + β|1⟩- ในวงจรจริงใช้เพื่อจัดตำแหน่งเวลา (timing) หรือเติมให้โครงสร้างสมดุล
ตัวอย่างเหตุการณ์ในเกม
ตัวอย่าง – รักษาสถานะที่ได้เปรียบ:
หลังจากใช้หลาย Gate แล้ว คิวบิตของเรามีสถานะที่เหมาะกับ Mission มากอยู่แล้ว แต่กติกากำหนดว่าต้องลง Gate เพิ่มอีก 1 ใบ ผู้เล่นจึงเลือกใช้ Identity Gate แทนการลง Gate อื่นที่อาจทำให้สถานะนั้นเสียไป
5. SWAP Gate
แนวคิดพื้นฐาน: SWAP Gate ทำให้สถานะของคิวบิตสองตัวสลับกัน เช่น ถ้าคิวบิต A เป็น |+⟩ และคิวบิต B เป็น |1⟩ หลังผ่าน SWAP จะกลายเป็น A = |1⟩, B = |+⟩
- ใช้เพื่อย้ายสถานะที่สำคัญไปยังตำแหน่งที่เราควบคุมได้ง่ายขึ้น
- ใช้เพื่อดึงสถานะที่เสี่ยงออกจากตำแหน่งที่คู่ต่อสู้เล็งโจมตี
ตัวอย่างเหตุการณ์ในเกม
ตัวอย่าง – ย้ายสถานะที่ต้องการไปยังสายที่นับคะแนน:
ในกระดาน คะแนนจะคิดจากคิวบิตบางตำแหน่งเท่านั้น เรามีสถานะที่ดีอยู่บนคิวบิตตัวล่าง แต่ Score Board นับจากคิวบิตตัวบน ผู้เล่นจึงใช้ SWAP Gate เพื่อสลับสถานะของสองคิวบิต ทำให้สถานะที่ดีถูกย้ายขึ้นไปยังตำแหน่งที่ใช้คิดคะแนน
6. CNOT Gate (Control Not Gate)
เราต้องใช้การ์ด 2 ใบ เพื่อดำเนินการ CNOT กับคู่คิวบิตใด
แนวคิดพื้นฐาน: CNOT เป็น Gate สองคิวบิต มีหนึ่งตัวเป็น control และอีกตัวเป็น target ถ้า control อยู่ในสถานะ |1⟩ จะทำ X (Not) กับ target แต่ถ้า control เป็น |0⟩ จะไม่ทำอะไร
- เมื่อใช้ร่วมกับ Hadamard Gate CNOT สามารถสร้าง entangled state เช่น
(|00⟩ + |11⟩)/√2 - เหมาะสำหรับ Mission ที่เกี่ยวกับความสัมพันธ์ของคิวบิตสองตัว ไม่ใช่แค่สถานะแยกกัน
ตัวอย่างเหตุการณ์ในเกม
ตัวอย่าง 1 – สร้างคู่คิวบิตที่พัวพันกัน:
Mission ระบุว่า “ถ้าคิวบิตสองตัวบนสุดวัดได้ผลเหมือนกัน (00 หรือ 11) จะได้คะแนนพิเศษ” ผู้เล่นสร้าง |0⟩|0⟩ ก่อน จากนั้นใช้ H กับคิวบิตตัวแรก แล้วตามด้วย CNOT โดยคิวบิตตัวแรกเป็น control ผลที่ได้คือสถานะพัวพัน (|00⟩ + |11⟩)/√2 ซึ่งมีโอกาสสูงที่ทั้งสองคิวบิตจะวัดได้ค่าเท่ากัน
ตัวอย่าง 2 – เชื่อมสถานะของคู่ต่อสู้กับของเรา:
กติกาอนุญาตให้ใช้ CNOT ระหว่างคิวบิตของเราและของคู่ต่อสู้ เราอาจใช้คิวบิตของตนเป็น control เพื่อทำให้สถานะของเขาผูกกับของเรา เมื่อเราจัดการสถานะตัวเองดีแล้ว การวัดผลของเขาก็จะถูกลากไปด้วย ทำให้เขาควบคุมเกมได้ยากขึ้น
พร้อมลองวางวงจรจริงแล้วหรือยัง?
กลับไปดูภาพรวมกติกาในหน้า How to Play หรือศึกษาวิธีนับคะแนนด้วย Score Board เพิ่มเติม