一种量子模拟游戏系统及计算机可读存储介质的制作方法

本发明涉及游戏建模、实时物理模拟及科普教育，尤其涉及一种量子模拟游戏系统及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、基于离子阱的量子计算过程是利用粒子微观物理特性进行量子计算；在量子计算发展的现阶段，进行量子计算科普教育时，由于无法直观展示微观物理过程，并且科普内容枯燥，交互性差、可视化缺失、知识联动不足等问题，难以提供高效及准确的量子计算科普内容，用户理解效率与体验感差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种量子模拟游戏系统，旨在解决现有技术中物理建模精度差、实验流程耦合度低、科普联动弱的问题。本发明通过模块化架构，将量子实验流程抽象为拓扑任务节点，实现游戏逻辑与实验流程解耦；通过高精度物理模拟提升离子模型建模精度；通过事件驱动联动科普知识库，实现操作与知识实时关联，提升科普效率与沉浸体验。

2、第一方面，本发明实施例提供一种量子模拟游戏系统，包括：场景构建模块，配置为接收并解析场景参数，并依据所述场景参数构建与所述场景参数对应的场景拓扑描述符；并通过匹配所述场景拓扑描述符，以生成第一任务执行队列；

3、流程引擎模块，配置为监听用户指令；检索所述第一任务执行队列，并匹配所述用户指令的触发条件，以更新新一轮任务；

4、物理模拟模块，配置为依据所述当前场景参数，实时计算物理模拟参数，并生成物理模拟数据；

5、联动模块，配置为监听当前场景参数的变化事件，依据所述变化事件检索并关联科普知识库，生成多模态知识源。

6、在一种实施方式中，所述场景构建模块包括解析子模块，构建子模块和生成子模块；

7、所述解析子模块，配置为读取场景参数，并识别当前量子实验流程节点；

8、所述构建子模块，配置为读取所述当前量子实验流程节点，将所述当前量子实验流程节点与下一个流程节点映射为拓扑节点，并构建量子实验流程节点之间的拓扑节点关系，生成所述当前量子实验流程节点的描述符；

9、所述生成子模块，配置为依据量子实验流程节点之间的拓扑节点关系，生成所述第一任务执行队列；其中，所述第一任务执行队列中每个任务对应一个触发条件标识。

10、在一种实施方式中，所述流程引擎模块包括：监听子模块，检测子模块和更新子模块；

11、所述监听子模块，配置为实时接收用户终端的输入指令，并解析所述输入指令；

12、所述检测子模块，配置为检索所述第一任务执行队列，将所述输入指令与所述第一任务执行队列中的触发条件标识进行匹配；

13、所述更新子模块，配置为在完成触发条件标识匹配后，依据所述第一任务执行队列，生成下一场景参数。

14、在一种实施方式中，所述物理模拟模块包括：运动模拟子模块，环境模拟子模块及渲染生成子模块；

15、所述运动模拟子模块，配置为应用量子力学模型，计算离子在电场与激光场作用下的运动轨迹与振动状态，得到运动轨迹参数与振动状态参数；

16、所述环境模拟子模块，配置为模拟超高真空环境，温度变化及电磁干扰的影响，更新环境状态参数；

17、所述渲染生成子模块，配置为调用图形库工具的渲染指令，并读取所述运动轨迹参数，所述振动状态参数及所述环境状态参数，以进行实时可视化渲染。

18、在一种实施方式中，所述联动模块包括：事件监听子模块，知识库检索子模块及面板控制模块；

19、所述事件监听子模块，配置为检测所述第一任务执行队列中的任务启动事件及所述当前场景参数中的变化事件，并获取事件的知识关联标识；

20、所述知识库检索子模块，配置为依据事件的知识关联标识，检索并匹配所述科普知识库中关键词，获取多模态知识源；

21、所述面板控制模块，配置为调用所述科普知识库的读取接口函数，以设定形式展示所述多模态知识源。

22、在一种实施方式中，所述应用量子力学模型，计算离子在电场与激光场作用下的运动轨迹与振动状态，包括：

23、所述运动模拟子模块构建离子在静态直流电场 与高频交变射频电场  叠加场中的马修方程；对于任意第个离子，其所受总外力表示为：， 表示任意第  个离子所受到的总外力矢量； 表示所述静电直流电场与高频交变射频电场构成的复合陷阱场域对第  个离子的束缚力矢量； 表示激光场域对第  个离子的激光作用力矢量； 表示系统预设的环境干扰与噪声对第  个离子的扰动力矢量；

24、 均为正整数，用以表征离子链中离子的唯一身份索引标识；其中，阱场作用力 由轴向直流二次型电势梯度与径向射频四极势场共同决定，其运动方程在特定方向上简化为马修微分方程形式，以此实时解算出离子的微运动与宏观割线运动轨迹参数；

25、在所述叠加场中引入激光冷却，得到平衡态的离子运动状态。

26、在一种实施方式中，所述在所述叠加场中引入激光冷却，得到平衡态的离子运动状态，包括：

27、在引入激光多普勒冷却后，所述运动模拟子模块在总外力中加入速度负反馈的阻尼项 ， 表示激光场域对第  个离子施加的激光多普勒冷却作用力矢量； 表示预设的阻尼系数，用以表征激光场对离子的冷却减速效率，所述阻尼系数 是根据用户在所述流程引擎模块中调节的虚拟激光参数动态计算获得的，所述物理模拟模块读取当前场景参数中的激光频率红失谐量以及激光饱和度参数 ，并依据预设的多普勒冷却物理公式计算得到当前的阻尼系数 ：

28、其中， 为约化普朗克常数， 为激光波数， 为离子的自发辐射衰减速率；所述运动模拟子模块通过将动态计算得到的  代入公式 中，从而在游戏前端高精度实时呈现由于用户调节激光频率而导致的离子减速运动快慢变化； 表示任意第  个离子的实时运动速度矢量；“-”用以表征所述激光多普勒冷却作用力矢量  的方向与所述实时运动速度矢量  的方向相反，从而对离子的运动产生减速和能量耗散效果；

29、当系统达到平衡态时，至少两个离子由于一维轴向库伦斥力与阱场束缚力的平衡，自组装形成库伦晶体离子链；所述运动模拟子模块通过求解以下多粒子耦合谐振子方程：

30、，

31、 表示预设的单个离子质量常量；  表示第  个离子的轴向位移标量； 表示实时模拟的时间变量；

32、 表示第  个离子对时间  的二阶导数，即轴向加速度； 表示由轴向直流电场决定的单离子简谐振动宏观频率；表示对除了当前第  个离子以外的所有其他离子进行遍历求和； 表示第  个离子的轴向位移标量； 表示元电荷常量（即单个正离子的带电量）； 表示真空介电常数； 表示圆周率；

33、计算出离子链的协同振动集体模式，并将该微观集体振动参数作为物理模拟数据输出至渲染生成子模块。

34、第二方面，本发明的实施例提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储由一个或多个程序，所述一个或多个程序可执行一个或多个如上述实施中任一所述的量子模拟游戏系统。

35、本发明的实施例提供的一种量子模拟游戏系统及计算机可读存储介质，通过构建场景构建模块，流程引擎模块，物理模拟模块及联动模块的系统模块组件，将量子实验流程抽象为拓扑任务节点，以实现量子实验与游戏逻辑的解耦；并联动科普知识库模块，以实现量子实验基础知识的科普与量子实验游戏的关联；并通过物理模拟模块中依据当前场景参数，实时计算物理模拟参数，进行精准地离子物理模型建模，能提高物理模型建模的精确度。