Δύο χαμένα παιχνίδια μπορούν να προστεθούν σε ένα νικηφόρο, σύμφωνα με μια ιδέα που ονομάζεται παράδοξο του Parrondo.
Τώρα, οι φυσικοί έχουν δείξει ότι αυτό το παράδοξο υπάρχει επίσης και στον τομέα της κβαντικής μηχανικής, των κανόνων που διέπουν τα υποατομικά σωματίδια. Και θα μπορούσε να οδηγήσει σε γρηγορότερους αλγορίθμους για μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές.
Ο φυσικός Juan Parrondo περιέγραψε για πρώτη φορά το παράδοξο το 1997 για να εξηγήσει πώς η τυχαιότητα μπορεί να οδηγήσει τα καστάνια - ασύμμετρα, οδοντωτά γρανάζια που επιτρέπουν την κίνηση προς τη μία κατεύθυνση αλλά όχι την άλλη. Το παράδοξο είναι συναφές στη φυσική, στη βιολογία, ακόμα και στην οικονομία και στη χρηματοδότηση.
Ένα απλό παράδειγμα του παραδόξου του Parrondo μπορεί να απεικονιστεί με ένα παιχνίδι με κέρματα. Ας υποθέσουμε ότι στοιχηματίζετε ένα δολάριο για να στρέψετε ένα σταθμισμένο νόμισμα που σας δίνει ελαφρώς λιγότερο από 50 τοις εκατό πιθανότητες να μαντέψετε τη δεξιά πλευρά. Μακροπρόθεσμα, θα χάνατε.
Τώρα παίζουν ένα δεύτερο παιχνίδι. Εάν ο αριθμός των δολαρίων που έχετε είναι πολλαπλάσιο των 3, αναστρέφετε ένα σταθμισμένο νόμισμα με πιθανότητες νίκης ελαφρώς μικρότερες από 10%. Έτσι, εννέα στους 10 από αυτούς τους αγώνες θα χάσουν. Διαφορετικά, φτάνετε να αναστρέψετε ένα νόμισμα με μόλις 75% πιθανότητες να κερδίσετε, πράγμα που σημαίνει ότι κερδίζετε τρία από τα τέσσερα αυτά τα flips. Αποδεικνύεται ότι, όπως και στο πρώτο παιχνίδι, θα χάνατε την πάροδο του χρόνου.
Αλλά εάν παίζετε αυτά τα δύο παιχνίδια μία μετά την άλλη σε μια τυχαία σειρά, οι συνολικές αποδόσεις σας ανεβαίνουν. Παίξτε αρκετές φορές και θα καταλήξετε πλουσιότεροι.
"Το παράδοξο του Parrondo εξηγεί τόσα πράγματα στον κλασσικό κόσμο", δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Colin Benjamin, φυσικός στο Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης Εκπαίδευσης και Έρευνας της Ινδίας (NISER). Αλλά "μπορούμε να το δούμε στον κβαντικό κόσμο;"
Στη βιολογία, για παράδειγμα, η κβαντική ανατροπή περιγράφει πως τα ιόντα, ή τα φορτισμένα μόρια ή άτομα, περνούν μέσω των κυτταρικών μεμβρανών. Για να κατανοήσουν αυτή τη συμπεριφορά, οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν απλά και εύκολα προσομοιωτικά μοντέλα βασισμένα σε κβαντικές εκδόσεις του παράδοξου Parrondo, δήλωσε ο David Meyer, μαθηματικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας του Σαν Ντιέγκο, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα.
Ένας τρόπος να μοντελοποιηθεί η τυχαία ακολουθία παιχνιδιών που δημιουργεί το παράδοξο είναι με μια τυχαία βόλτα, η οποία περιγράφει τυχαία συμπεριφορά όπως η κίνηση των μικροσκοπικών σωματιδίων jiggling ή η κυκλική διαδρομή ενός φωτονίου όταν βγαίνει από τον πυρήνα του ήλιου.
Μπορείτε να σκεφτείτε έναν τυχαίο περίπατο ως χρησιμοποιώντας ένα flip νομίσματος για να καθορίσετε αν θα πάτε προς τα αριστερά ή δεξιά. Με την πάροδο του χρόνου, μπορεί να καταλήξετε πιο μακριά προς τα αριστερά ή προς τα δεξιά από όπου ξεκινήσατε. Στην περίπτωση του παράδοξου Parrondo, το βήμα προς τα αριστερά ή δεξιά αντιπροσωπεύει το πρώτο παιχνίδι ή το δεύτερο.
Για μια κβαντική τυχαία βόλτα, μπορείτε να προσδιορίσετε την ακολουθία του παιχνιδιού με ένα κβαντικό νόμισμα, το οποίο δίνει όχι μόνο κεφάλια ή ουρές αλλά και και τα δύο ταυτόχρονα.
Αποδεικνύεται, ωστόσο, ότι ένα κβαντικό νόμισμα διπλής όψεως δεν δημιουργεί το παράδοξο του Parrondo. Αντ 'αυτού, είπε ο Benjamin, χρειάζεστε δύο κβαντικά νομίσματα, καθώς αυτός και ο Jishnu Rajendran, πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής στο NISER, έδειξαν σε ένα θεωρητικό έγγραφο που δημοσιεύτηκε τον Φεβρουάριο του 2018 στο περιοδικό Royal Society Open Science. Με δύο νομίσματα, βγαίνετε αριστερά ή δεξιά μόνο όταν τα δύο δείχνουν κεφάλια ή ουρές. Εάν κάθε νόμισμα δείχνει το αντίθετο, περιμένετε μέχρι το επόμενο flip.
Πιο πρόσφατα, σε μια ανάλυση που δημοσιεύθηκε τον Ιούνιο στο περιοδικό Europhysics Letters, οι ερευνητές έδειξαν ότι το παράδοξο προκύπτει επίσης όταν χρησιμοποιείται ένα κβαντικό νόμισμα - αλλά μόνο αν επιτρέψετε τη δυνατότητα να προσγειωθεί από την πλευρά του. (Αν το νόμισμα προσγειώνεται στο πλάι του, περιμένετε ένα άλλο κτύπημα.)
Χρησιμοποιώντας αυτούς τους δύο τρόπους δημιουργίας κβαντικών τυχαίων περιπάτων, οι ερευνητές βρήκαν παιχνίδια που οδήγησαν στο παράδοξο του Parrondo - μια απόδειξη της αρχής ότι υπάρχει πράγματι μια κβαντική εκδοχή του παράδοξου, είπε ο Benjamin.
Το παράδοξο έχει επίσης συμπεριφορές παρόμοιες με εκείνες των αλγορίθμων κβαντικής αναζήτησης που έχουν σχεδιαστεί για τους κβαντικούς υπολογιστές του αύριο, οι οποίες θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν υπολογισμούς που είναι αδύνατοι για τους κανονικούς υπολογιστές, λένε οι φυσικοί. Μετά από μια κβαντική τυχαία βόλτα, έχετε πολύ περισσότερες πιθανότητες να καταλήξετε μακριά από το σημείο εκκίνησης σας από ό, τι αν πήρατε μια κλασσική τυχαία βόλτα. Με αυτόν τον τρόπο, οι κβαντικές βολές διασκορπίζονται ταχύτερα, ενδεχομένως οδηγώντας σε γρηγορότερους αλγορίθμους αναζήτησης, ανέφεραν οι ερευνητές.
"Εάν κατασκευάσετε έναν αλγόριθμο που λειτουργεί σε μια κβαντική αρχή ή τυχαία βόλτα, θα χρειαστεί πολύ λιγότερος χρόνος για να εκτελεστεί", δήλωσε ο Μπέντζαμιν.
Σημείωση του συντάκτη: Αυτή η ιστορία ενημερώθηκε για να διευκρινίσει ότι ο Jishnu Rajendran δεν είναι πλέον πτυχιούχος φοιτητής στο NISER.
