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Le jeu de la physique

Un spin quantique dans les échecs

Quand un jeu devient trop facile, il suffit de changer les règles pour le rendre plus difficile. Un chercheur et une étudiante de la Queen’s University ont appliqué des concepts clés de la physique quantique aux échecs afin d’accroître l’imprévisibilité de ce jeu. Aujourd’hui, même les adversaires les plus redoutables – les superordinateurs – doivent repenser leur façon de jouer.

Selim Akl, un professeur d’informatique appuyé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, a rédigé un article intitulé On the Importance of Being Quantum, dans lequel il parle du concept des échecs quantiques qu’il a inventé. En appliquant les principes de la physique quantique aux échecs, il a donné à ce jeu classique une nouvelle forme qui empêche les joueurs de planifier leurs coups longtemps à l’avance. Il voulait ainsi égaliser les règles du jeu entre les humains et les ordinateurs. S’inspirant des idées proposées dans cet article, Alice Wismath a conçu un programme d’ordinateur d’échecs quantiques alors qu’elle était étudiante de premier cycle et qu’elle occupait un emploi d’été dans le laboratoire de M. Akl, à la School of Computing de la Queen’s University.

Le jeu d’échecs que nous connaissons aujourd’hui remonte au XVe siècle, mais son origine date du début du VIe siècle. Il a été longtemps considéré comme un jeu qui fait appel à la stratégie et à l’intelligence. C’est pourquoi le monde des tournois d’échecs a été ébranlé en 1997 lorsque le champion mondial Garry Kasparov a perdu une célèbre partie contre le superordinateur d’IBM Deep Blue. À ce jeu, les ordinateurs sont clairement avantagés par rapport aux humains, car ils ont la capacité de stocker de grandes quantités d’information, de concevoir de nombreuses stratégies et d’en calculer les résultats. Maintenant, près de 15 ans après la victoire de Deep Blue, les ordinateurs reviennent à la case départ grâce aux échecs quantiques.

Le programme de Mme Wismath est basé sur la superposition, un concept de la physique quantique selon lequel les petites particules telles que les atomes et les électrons peuvent avoir de multiples états simultanément jusqu’à ce qu’une intervention les ramène à un état unique.

Dans les échecs quantiques, chaque pièce peut avoir deux états : l’état quantique (inconnu) ou l’état classique (connu). Lorsqu’une pièce se trouve dans l’état quantique, le joueur n’en connaît l’identité que lorsqu’elle est déplacée. Ainsi, un pion pourrait aussi être une dame et un cavalier pourrait aussi être une tour. Après avoir été déplacée, la pièce peut changer encore une fois d’état, ce qui empêche les joueurs de planifier leurs coups. En 1997, l’ordinateur Deep Blue avait réussi à calculer jusqu’à 20 coups à l’avance. Dans un jeu d’échecs quantiques, le superordinateur ne peut que prédire le coup qu’il jouera et la réponse de l’humain.

Mme Wismath a pu conserver un grand nombre des caractéristiques du jeu d’échecs traditionnel, mais elle a tout de même ajouté quelques nouvelles règles pour l’adapter au spin quantique. Par exemple, lorsqu’une pièce est déplacée sur une case blanche, elle conserve l’état classique, mais lorsqu’elle est déplacée sur une case noire, elle fluctue entre les deux états. Lorsqu’elle est de nouveau déplacée, elle peut prendre l’un ou l’autre des deux états. Le roi est la seule pièce dont l’identité est toujours connue. Autre variante du jeu d’échecs traditionnel : les joueurs ne peuvent pas gagner la partie « simplement » en faisant échec et mat. Ils doivent physiquement capturer le roi.

Les échecs quantiques forcent les joueurs à repenser entièrement leur stratégie. Au lieu de planifier leurs tactiques, ils doivent se souvenir des pièces qui sont encore sur l’échiquier et trouver les coups qui transformeront les pièces mineures en pièces lourdes.

Mme Wismath a présenté ses travaux dans le cadre de l’Ontario Celebration of Women in Computing Conference, qui s’est déroulée à Kingston (Ontario). Son programme d’ordinateur a attiré l’attention de journalistes étrangers et fait l’objet de reportages dans Gizmodo et dans la version de Wired destinée au Royaume‑Uni.

M. Akl prévoit se servir du jeu d’échecs quantiques pour enseigner à ses étudiants les concepts de la mécanique quantique. Il a aussi l’intention d’accroître l’imprévisibilité du jeu en y appliquant d’autres concepts de la physique quantique comme l’intrication, un lien qui unit deux ou plusieurs objets et qui fait en sorte que lorsqu’un des objets subit un changement, tous le subissent simultanément.

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