8.5.3 测量之网
当我们用图灵机描述计算机,用量子概率来描述玩家的选择行为的时候,整个图灵机-参与者模型就可以看作一个宏观的量子系统了。图灵机要求玩家的一次选择就可以看作一次量子测量,那么,一个庞大的软件系统要求有大量的用户交互行为,于是,整个系统的运作过程会变得超级复杂,而且图灵机的运作与用户的选择交相缠绕、耦合在了一起。对于这样的系统,我们关心的是一种被称为测量网 的抽象结构。
我们知道,计算机程序除了用图灵机表述以外,还可以用流程图来表示。在图灵机-参与者模型中,玩家的选择也需要考虑进去,因此,流程图不再是普通意义上的流程图,而应该是包含了玩家选择的图,我们称这样的图为测量网,如图 8-7 所示。
从宏观上看,人类玩家和机器之间的交互就可以构成这样一个“测量网”,其中有两类节点,圆圈表示的是由机器展开选择的节点,太阳表示的则是由玩家的选择展开的节点。每个节点对应的连线就相当于不同的选择路径。例如,从节点 A 展开的两条路径对应的是玩家的两种不同的选择。同样,由计算机展开的节点也可以表示相应的程序判断,不同的判断可以导致不同的路径。
在模型中,由于图灵机的行为是我们事先确定好的,因此,用户的测量行为起到了相对重要的作用。我们知道,由于每个测量节点都可以用量子力学来表达,所以,这些节点导致整个测量网本质上是一个量子系统。
例如,在 A 节点为根的子网络就是一个量子系统。在实施 A 点的测量之前,这个子系统处于一种量子叠加态之中。也就是说,程序会从虚线路径走还是从右边的实线路径走,是不确定的叠加态(或者说在测量之前,系统既可以走虚线路径又可以走实线的路径)。当程序执行到了 A点,那么玩家做出了向左走(0)或者向右走(1)的选择,于是量子叠加态便会在瞬间塌缩成确定的路径,例如用户最终选择了从 A 点向右走,那么左侧的虚线路径就会在瞬间消失,系统凝固到右侧实线的路径上。
在测量网上,我们可以在不同的位置设置不同的测量节点(由玩家展开的选择)。那么这些节点有可能构成前后不同的顺序。例如图 8-7 中的A 和 B 两个节点,显然 A 的选择有可能会影响 B 的选择,也就是说,在 A 处的测量会影响到 B 处选择往左走还是往右走的量子叠加态。这种决策中的顺序效应可能使整个系统必须用量子概率而非经典概率来描述。
我们进行所谓的程序设计(或者交互式程序的设计)本质上就是要设计一个复杂的测量网,设计者需要把测量节点(用户的选择)放置到网络中的不同位置上,从而导致网络整体呈现出完全不同的宏观属性,这正是测量网最有趣的地方所在。
另一方面,对于整个测量网来说,由于它本质上是一个量子系统,所以我们也可以把整个量子系统看作一台量子计算机。于是,我们甚至可以设计适当的测量网,使得整个系统完成某种任务的量子计算。我们知道,经典的量子计算需要用到实际存在的量子比特(比如自旋粒子),由于量子资源的获得仍然比较困难,这就导致量子计算目前仍然处于理论或实验室阶段。但是,根据我们的分析,实际上一台计算机加上可以操作计算机系统的人,就是一台可以执行量子计算的计算机。可以说,我们很容易就能获得廉价的量子计算——其中人类计算的部分恰恰就是量子计算。
对于一个人机交互系统来说,我们关注的指标可能有多重情况,比如我们可以考虑程序的可玩性、黏性、效率,等等。那么,我们可以结合这些指标来优化测量之网的结构,从而提升整个系统的运行性能。
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