Kaksi häviävää peliä voi lisätä voittavan pelin Parrondo-paradoksin nimisen käsitteen mukaan.
Nyt fyysikot ovat osoittaneet, että tämä paradoksi esiintyy myös kvanttimekaniikassa, säännöt, jotka hallitsevat subatomisia hiukkasia. Ja se voi johtaa nopeampiin algoritmeihin tuleville kvantitietokoneille.
Fyysikko Juan Parrondo kuvasi ensimmäisen kerran paradoksia vuonna 1997 selittääkseen kuinka satunnaisuus voi ajaa räikkää - epäsymmetrisiä, sahahammastettuja hammaspyöriä, jotka sallivat liikkumisen toiseen suuntaan, muttei toiseen. Paradoksi on merkityksellinen fysiikassa, biologiassa ja jopa taloustieteessä ja rahoituksessa.
Yksinkertainen esimerkki Parrondo'n paradoksista voidaan havainnollistaa kolikoilla kääntämällä. Oletetaan, että panostat dollaria painotetun kolikon kääntämisestä, joka antaa sinulle hieman alle 50 prosentin mahdollisuuden arvata oikea puoli. Menetät pitkällä aikavälillä.
Pelaa nyt toinen peli. Jos dollarien lukumäärä on 3-kertainen, käännät painotetun kolikon hiukan alle 10-prosenttisesti voittavan. Joten yhdeksän kymmenestä näistä läpistä menettäisi. Muuten saat kääntämään kolikon, jolla on vajaa 75 prosentin mahdollisuus voittaa, mikä tarkoittaa, että voitat kolme neljästä niistä. Osoittautuu, että menetät ajan myötä, kuten ensimmäisessäkin pelissä.
Mutta jos pelaat näitä kahta peliä peräkkäin satunnaisessa järjestyksessä, yleiset kertoimet kasvavat. Pelaa tarpeeksi kertaa, ja lopulta päädyt rikkaammaksi.
"Parrondo-paradoksi selittää niin monia asioita klassisessa maailmassa", sanoi tutkimuksen avustaja Colin Benjamin, fyysikko Intian kansallisessa tiedeopetuksen ja tutkimuksen instituutissa (NISER). Mutta "voimmeko nähdä sen kvantimaailmassa?"
Esimerkiksi biologiassa kvanttiratkaisut kuvaavat kuinka ionit tai varautuneet molekyylit tai atomit kulkevat solukalvojen läpi. Tämän käyttäytymisen ymmärtämiseksi tutkijat voivat käyttää yksinkertaisia, helposti simuloitavia malleja, jotka perustuvat Parrondo-paradoksin kvanttiversioihin, sanoi San Diegon Kalifornian yliopiston matemaatikko David Meyer, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
Yksi tapa mallintaa satunnaista pelisekvenssiä, joka johtaa paradoksiin, on satunnainen kävely, joka kuvaa sattumanvaraista käyttäytymistä, kuten jiggling-mikroskooppisten hiukkasten liikettä tai fotonin kiertorataa, kun se nousee auringon ytimestä.
Voit ajatella satunnaista kävelyä käyttämällä kolikon kääntöä sen määrittämiseksi, astuuko vasemmalle vai oikealle. Ajan myötä saatat joutua kauemmaksi vasemmalle tai oikealle, missä aloitit. Parrondo-paradoksin tapauksessa askel vasemmalle tai oikealle tarkoittaa ensimmäisen tai toisen pelin pelaamista.
Kvantt satunnaisella kävelyllä voit määrittää pelin järjestyksen kvanttikolikolla, joka antaa paitsi päät tai pyrstöt myös molemmat samanaikaisesti.
Osoittautuu kuitenkin, että yksipuolinen kvanttikolikko ei johda Parrondo-paradoksiin. Sen sijaan Benjaminin mukaan tarvitset kaksi kvanttirahoa, kuten hän ja NISERin entinen jatko-opiskelija Jishnu Rajendran osoittivat helmikuussa 2018 julkaistussa teoreettisessa lehdessä Royal Society Open Science -lehdessä.. Kahdella kolikolla astuit vasemmalle tai oikealle vain, kun molemmat näyttävät pään tai hännän. Jos jokainen kolikko osoittaa päinvastaista, odota seuraavaan käännökseen.
Äskettäin, kesäkuussa Europhysics Letters -lehdessä julkaistussa analyysissä tutkijat osoittivat, että paradoksi syntyy myös silloin, kun käytetään yhtä kvanttikolikkoa - mutta vain, jos annat mahdollisuuden sen laskeutua sivulleen. (Jos kolikko laskeutuu kyljelleen, odotat uutta kääntöä.)
Näitä kahta tapaa tuottaa satunnaisia kvanttikävelyjä tutkijat löysivät pelejä, jotka johtivat Parrondo-paradoksiin - todiste periaateelle, että paradoksin kvanttiversio todellakin on olemassa, Benjamin sanoi.
Paradoksilla on myös käyttäytymismalleja, jotka ovat samanlaisia kuin huomisille kvantitietokoneille suunnitellut kvanttihakualgoritmit, mikä voisi käsitellä laskelmia, joita normaalit tietokoneet ovat mahdotonta, fyysikot sanovat. Kun olet suorittanut kvantti satunnaisen kävelyn, sinulla on paljon suurempi mahdollisuus päästä kaukana lähtöpisteestäsi kuin jos olet käynyt klassisella satunnaisella kävelyllä. Tällä tavoin kvanttivaellukset hajoavat nopeammin, mikä voi johtaa nopeampiin hakualgoritmeihin, tutkijat sanoivat.
"Jos rakennat algoritmin, joka toimii kvanttiperiaatteella tai satunnaisella kävelyllä, suorittaminen vie paljon vähemmän aikaa", Benjamin sanoi.
Toimittajan huomautus: Tämä tarina päivitettiin selventämään, että Jishnu Rajendran ei ole enää jatko-opiskelija NISERissä.
