Quanten Labyrinth
Quanten Labyrinth
Wie funktionieren Quantencomputer und was hat es mit Gattern und QuBits auf sich? Spielt das Quanten Labyrinth und findet es heraus!
Klassische Computer arbeiten mit Logikgattern. Bei Quantencomputern ist das ähnlich, aber hier gibt es die Quantengatter, schließlich werden hier auch QuBits (Quanten-Bits) genutzt. Baut euer Quantenlabyrinth so, dass ihr mit euren QuBits die richtigen Gatter erreicht. Schließlich könnt ihr nur Punkten, wenn euer QuBit durch die richtigen Gatter rotiert und gespiegelt wurde, bevor es im Zielzustand ankommt. Aber probiert das Spiel am besten selbst aus!
Hier erfahrt ihr alles Wichtige zum Quanten Labyrinth.
Du benötigst:
- 1x 3-Teiliges Spielbrett
- 4 Spielfiguren
- 21 Spielkarten
- 16 Punktekarten
- Spielanleitung
Du kannst dir alle Materialien selbst erstellen. Die Dateien findest du bei den Downloads.
Alle Materialien stehen unter einer CC-BY-SA-Lizenz.
Du kannst dir aber auch genauso das Set als Tüftelbox in unserem Shop bestellen.
Anleitung zum selber Basteln:
Schneide die Spielkarten, Spielfiguren und die Punktekarten aus.
Klebe die Zielzustandskarten auf das Spielbrett.
Tipp: Klebe die ausgeschnittenen Karten auf einen dünnen Karton für ein optimales Spielerlebnis.
Schon kann es losgehen!
Das Quanten 1×1 macht die wichtigsten Erkenntnisse der Quantenwelt einfach begreiflich. Mit Hilfe von leicht verständlichen Videos und den neuen Tüftelboxen bekommt ihr ein Grundverständnis für die Quantentechnologien der zweiten Generation.
Wir haben über 20 Quanten-Expert*innen aus unterschiedlichen Wissenschaftsbereichen besucht. Die Gespräche könnt ihr auf den verschiedenen Themenseiten entdecken!
Los geht’s
⏰ Dauer: ca. 90 -120 min
1. Grundlagenwissen
Wie funktionieren normale Computer?
Um zu verstehen wie normale Computer funktionieren, müssen wir uns deren grundsätzliche Arbeitsweise mit Bits ansehen. Ein Bit stellt die kleinste Informationseinheit in einem Computer dar. Es kann dabei entweder den Wert 0 oder 1 annehmen. Man kann sich auch einen Lichtschalter vorstellen, der entweder AN (1) oder AUS (0) ist.
Damit der Computer sich so verhält wie wir es uns wünschen, muss er programmiert werden. Dabei wird das Programm auf dem Prozessor ausgeführt. Der Prozessor besteht aus ganz vielen sogenannten Logik-Gattern, die die eingangs genannten Bits verarbeiten! Bei der Programmierung legen wir sozusagen fest, wann welches Gatter genutzt werden soll.
Ein Beispiel für so ein Gatter ist das UND-Gatter. Es hat zwei Eingänge und nur wenn beide aktiviert sind (1), wird auch das Ausgangssignal aktiviert (1).
Wie arbeitet ein Quantencomputer?
Für bestimmte Aufgaben sind Quantencomputer viel schneller als unsere heutigen Computer. Das ist wie ein ICE im Vergleich zu einer Schnecke. So könnten wir mit Quantencomputern sehr komplizierte Berechnungen machen, die heute einfach noch viel zu lange dauern würden. Große Unternehmen, Forschungsinstitute und Staaten arbeiten mit Hochdruck daran, Quantencomputer nutzbar zu machen.
Aber was bringen uns Quantencomputer? Sie können superkomplexe Aufgaben lösen für die ein „normaler“ Computer mehrere tausend Jahre benötigen würde. So können wir Probleme unserer modernen Gesellschaft lösen wie z.B. Simulationen von Molekülen oder Systemoptimierungen. Zudem könnten sie unsere jetzige Verschlüsselung in der Zukunft vielleicht knacken. Gleichzeitig birgt sich in ihnen das Potential, diese endgültig sicher zu gestalten. Was es damit auf sich hat kannst du in unserer anderen TüftelBox dem „Qey-Gen“ erfahren.
Warum ein QuBit?
Quantencomputer arbeiten auch mit Bits jedoch sind diese ein bisschen komplizierter. Sie können neben 0 und 1 nämlich auch alle möglichen Zustände dazwischen einnehmen! Also zum Beispiel zu 70% Wahrscheinlichkeit 0 und zu 30% Wahrscheinlichkeit 1. Diese Bits nennt man dann QuBits – für QuantenBits – und die Fähigkeit dieser Zustandsüberlagerung wird “Superposition” genannt.
Stell dir vor wir würden Topfschlagen spielen. Ein normaler Computer würde wie auch ein Mensch blind irgendwo hinschlagen mit der Hoffnung den Topf zu treffen. Durch die Rückmeldungen “kalt“, “warm”, “sehr warm” oder “heiß” lernt er wie nah er sich dem Topf schon befindet. So muss sich der Computer durch seine Umgebung “durchtesten” bis er den richtigen Weg gefunden hat. Das kann lange dauern. Bei einem Quantencomputer kann man sich das so vorstellen, dass er quasi mit einem Löffel in mehrere Richtungen gleichzeitig schlagen kann. Zum Beispiel zu 70% nach links und zu 30% nach rechts. Er erprobt also alle möglichen Wege gleichzeitig und findet in null Komma nichts den Topf.
Quantengatter
Um den Zustand oder „Wert“ eines QuBits darzustellen wird oft die sogenannte Bloch-Kugel verwendet. Wenn man sich also vorstellt, dass ein normaler Computer auf dieser Kugel nur „gerade nach unten = 1“ oder „gerade nach oben = 0“ verwenden kann, benutzt ein Quantencomputer alle möglichen Richtungen und Mischzustände dazwischen. In unserem Quantenlabyrinth vereinfachen wir diese Bloch-Kugel mit einer zweidimensionalen Darstellung.
Ein QuBit alleine macht einen Quantencomputer jedoch nicht besonders. Denn erst wenn viele QuBits miteinander verschränkt werden, können sie um ein vielfaches leistungsfähiger sein als ein klassischer Computer. Diese Eigenschaft nennen Wissenschaftler*innen die Quantenüberlegenheit. Sie beschreibt die Fähigkeit von Quantencomputer bestimmte Aufgaben in akzeptabler Zeit lösen zu können, für die ein herkömmlicher Computer mehrere tausend Jahre benötigen würde.
Quantengatter benutzen die Spin-Eigenschaften (Pfeilrichtung in der Bloch-Kugel) der QuBits, um damit Rechenoperationen durchzuführen. Um die „Werte“ der QuBits zu verändern benutzt ein Quantencomputer allerhand Quantengatter und Algorithmen. So gibt es zum Beispiel Gatter, welche die QuBits rotieren oder spiegeln, genau wie in unserem Quanten-Labyrinth.
2. Spielaufbau
- Baut als erstes euer Spielbrett auf, indem ihr die drei Teile so zusammen steckt, dass die Kerben ineinander passen.
- Legt die vier Spezialkarten erstmal beiseite und spielt das Quanten-Labyrinth in der normalen Version. Später könnt ihr das Spiel mit den Zusatzregeln erweitern.
- Mischt die 17 Wege-/ Gatterkarten und verteilt sie so auf den freien Feldern auf eurem Spielbrett, dass ein zufälliges Labyrinth entsteht. Dabei bleibt eine Wegekarte übrig, die euch später zum Verschieben der Labyrinthgänge dient.
- Mischt die 16 Punktekarten und legt sie verdeckt in einem Stapel neben das Spielfeld.
- Jede*r wählt nun eine Spielfigur aus und stellt sie mit dem Pfeil in eine zufällige Richtung zeigend in die Mitte des Labyrinths.
3. Spielanleitung
Zu Beginn zieht jede*r Spieler*in eine Punktekarte von dem Stapel. Die Karte zeigt den Zustand, welche er oder sie als Erstes auf dem Spielfeld erreichen möchte. “Zustand” bedeutet dabei, dass deine Spielfigur (bzw. dein QuBit) exakt in der abgebildeten Drehung auf dem entsprechenden Spielfeld ankommen möchte.
Dabei ist wichtig, darauf zu achten, wie rum ihr die Karte haltet. Auf den Punktekarten und dem Spielfeld befindet sich ein kleines Symbol, welches die Oberseite symbolisiert. Haltet die Punktekarte so, dass sie mit der Ausrichtung des Spielbretts übereinstimmt.
Die jüngste Person beginnt das Spiel. Anschließend geht es im Uhrzeigersinn weiter. Ein Spielzug besteht immer aus 2 Schritten: Gänge verschieben und Spielfigur bewegen.
Gänge verschieben
Um die Gänge zu verschieben, nimmst du die übrig gebliebene Wegekarte und schiebst sie in eine der beweglichen Stellen des Spielbretts ein. Die auf der anderen Seite herausgeschobene Wegekarte dient später der nächsten Person für ihren Zug.
Wichtig: Wegekarten dürfen nicht an genau derselben Stelle wieder zurückgeschoben werden, an der sie herausgeschoben wurden! Als Merkhilfe lasst ihr die Karte am besten nach eurem Zug genau dort liegen. So weiß die nächste Person, dass sie diese Reihe nicht zurückschieben darf.
Falls bei dem Verschieben der Gänge eine Spielfigur vom Spielbrett geschoben wird, landet sie automatisch auf der gegenüberliegenden Seite, sprich auf der neu eingeschobenen Wegekarte.
Spielfigur bewegen
Nachdem du die Gänge verändert hast, kannst du nun deine Spielfigur bewegen. Prinzipiell darfst du zu jedem Feld wandern, das gerade durch die Gänge erreichbar ist – egal ob es sich um ein normales Wegefeld oder eine Gatter-Karte handelt oder ob dort bereits eine andere Spielfigur steht
Da du deinen Zielzustand in einer bestimmten Drehung erreichen willst, suche nach den Gatter-Karten auf dem Spielbrett, die dir helfen, in diese Ausrichtung zu kommen (siehe Gatter-Karten S. 17)!
Achtung: Innerhalb eines Zuges darfst du jedes Gatter höchstens einmal benutzen! Es ist also verboten mehrmals im Kreis zu laufen, um dasselbe Gatter doppelt oder dreifach zu überlaufen. Das gilt natürlich nicht für andere Gatter-Karten auf dem Spielfeld. Du kannst dich zum Beispiel während eines Zuges einmal um 45° nach links drehen, einmal horizontal spiegeln und danach noch um 90° nach rechts drehen falls du die entsprechenden Gatter-Karten während eines Zuges erreichst.
Erreichen eines Zielzustandes und Ende des Spiels
Wenn ein*e Spieler*in den richtigen Zielzustand erreicht hat, kann er oder sie die Punktekarte beiseite legen und eine neue ziehen. Der Spielzug ist vorbei und die nächste Person ist an der Reihe.
Das Spiel gilt als beendet, wenn eine*r Spieler*in den Zielzustand ihrer aktuellen Punktekarte erreicht hat und der Stapel mit den Punktekarten leer ist, sodass keine neue Karte gezogen werden kann. Anschließend wird ausgezählt, wer am meisten Punktekarten bei sich sammeln und somit am meisten Zustände erreichen konnte. Diese Person hat gewonnen!
Tipp: Wenn ihr längere Partien spielen wollt, könnt ihr die erreichten Punktekarten wieder zurück in den Stapel mischen und euch die Punkte separat auf einem Blatt notieren.
Zusatzregel: Verschränkung
Ihr könnt das Spiel noch mit einer besonderen Regel spielen, der „Verschränkung“. Wenn du mit deiner Spielfigur während deines Zuges über eine andere Spielfigur wanderst, seid ihr für die Dauer dieses Spielzuges verschränkt! Das bedeutet, dass die Figur deines*deiner Mitspieler*in ebenfalls durch jedes Gatter beeinflusst wird, das du überquerst.
Wenn du zum Beispiel über ein Gatter läufst, dass dich 90° im Uhrzeigersinn dreht, dreht sich die andere Spielfigur ebenfalls! Sie bleibt dabei jedoch auf ihrem Spielfeld und läuft nicht “mit dir mit”. Nachdem du deinen Spielzug beendet hast ist die Verschränkung wieder aufgehoben.
Bedeutung der Karten
Zielzustände auf
dem Spielfeld
die Oberseite des
Spielfeldes (auch auf den Punktekarten)
QuBit um die
gestrichelte Achse
dem Spielfeld
Euer Startpunkt
Uhrzeigersinn
Uhrzeigersinn
Quantenlabyrinth Plus
Könnt ihr einfach nicht genug von Quanten bekommen und fühlt euch bereit für das nächste Level im Quanten Labyrinth? Dann könnt ihr jetzt auch noch diese speziellen Karten mit ins Spiel nehmen.
Quantum tunneling: Quanten sind so klein, dass sie sich manchmal an Barrieren vorbei mogeln können. Nutze den „Quantum tunneling“-Effekt zu deinem Vorteil und teleportiere dich von der rechts gezeigten Karte zu der gleichen Karte mit diesem Symbol.
Quantum Tüftler Gate: Du kennst dich schon richtig gut mit Quanten aus und willst eigene Regeln mit ins Spiel aufnehmen? Nutze die rechts gezeigte Spielkarte und zeichne ein eigenes Quanten Symbol darauf. Du hast eine richtig gute Quantenregel gefunden und willst sie mit allen teilen? Dann poste doch deine Karte auf Instagram @Tüfelakademie!
Was gibt es noch?
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