Две губещи игри могат да добавят до печеливша, според концепция, наречена парадокс на Parrondo.
Сега физиците показаха, че този парадокс съществува и в царството на квантовата механика, правилата, които управляват субатомните частици. И може да доведе до по-бързи алгоритми за бъдещи квантови компютри.
Физикът Хуан Парондо за пръв път описа парадокса през 1997 г., за да обясни как случайността може да управлява тресчотки - асиметрични зъбни зъбни предавки, които позволяват движение в едната посока, но не и в другата. Парадоксът е важен във физиката, биологията и дори икономиката и финансите.
Един прост пример за парадокса на Парондо може да бъде илюстриран с игра с монети, прелистваща монети. Кажете, че залагате долар за прелитане на претеглена монета, което ви дава малко по-малко от 50-процентов шанс да отгатнете дясната страна. В дългосрочен план ще загубите.
Сега играйте втора игра. Ако броят на доларите, които имате, е кратно на 3, прехвърляте претеглена монета с малко по-малко от 10 процента шанс за печалба. Така девет от 10 от тези флипове биха загубили. В противен случай можете да хвърлите монета с малко под 75-процентов шанс да спечелите, което означава, че ще спечелите три от четири от тях. Оказва се, че както в първата игра, вие ще загубите с течение на времето.
Но ако играете тези две игри една след друга в произволна последователност, вашите общи коефициенти нарастват. Играйте достатъчно пъти и всъщност ще се окажете по-богати.
„Парадоксът на Парондо обяснява толкова много неща в класическия свят“, казва съавторът на изследването Колин Бенджамин, физик от Индийския национален институт за научно образование и изследвания (NISER). Но "можем ли да го видим в квантовия свят?"
Например в биологията квантовото трептене описва как йони или заредени молекули или атоми преминават през клетъчните мембрани. За да разберат това поведение, изследователите могат да използват прости, лесни за симулиране модели, базирани на квантови версии на парадокса на Парондо, заяви Дейвид Майер, математик от Калифорнийския университет в Сан Диего, който не е участвал в изследването.
Един от начините за моделиране на случайната последователност на игрите, която поражда парадокса, е с произволно ходене, което описва случайно поведение, като движението на трептящи микроскопични частици или верижния път на фотона, когато той излиза от ядрото на слънцето.
Можете да мислите за произволна разходка като използване на монетен флип, за да определите дали стъпвате наляво или надясно. С течение на времето може да се окажете по-далеч вляво или вдясно от мястото, където сте започнали. В случай на парадокс на Parrondo, стъпването наляво или надясно представлява игра на първата или втората игра.
За квантова произволна разходка можете да определите последователността на играта с квантова монета, която дава не само глави или опашки, но и двете едновременно.
Оказва се обаче, че една двустранна квантова монета не поражда парадокса на Парондо. Вместо това, каза Бенджамин, имате нужда от две квантови монети, както той и Джишну Раджранд, бивш аспирант в NISER, показаха в теоретична статия, публикувана през февруари 2018 г. в списанието Royal Society Open Science. С две монети стъпвате наляво или надясно само когато и двете показват глави или опашки. Ако всяка монета показва обратното, изчаквате до следващия флип.
Съвсем наскоро, в анализ, публикуван този юни в списанието Europhysics Letters, изследователите показаха, че парадоксът възниква и когато се използва единична квантова монета - но само ако разрешите възможността тя да кацне на нейната страна. (Ако монетата се приземи отстрани, чакате още един обрат.)
Използвайки тези два начина за генериране на квантови случайни разходки, изследователите откриха игри, довели до парадокса на Парондо - доказателство за принцип, че квантова версия на парадокса наистина съществува, каза Бенджамин.
Парадоксът също има поведение, подобно на алгоритмите за квантово търсене, създадени за утрешните квантови компютри, които биха могли да се справят с изчисленията, които са невъзможни за нормалните компютри, казват физиците. След като извършите квантова произволна разходка, имате много по-голям шанс да завършите далеч от началната си точка, отколкото ако сте направили класическа произволна разходка. По този начин квантовите разходки се разпръскват по-бързо, което потенциално води до по-бързи алгоритми за търсене, казват изследователите.
"Ако изградите алгоритъм, който работи на квантов принцип или случайно ходене, ще отнеме много по-малко време за изпълнение", каза Бенджамин.
Забележка на редактора: Тази история беше актуализирана, за да се изясни, че Джишну Раджендран вече не е аспирант в NISER.
