Parrondo paradoksi nime kandva kontseptsiooni kohaselt võib kaks kaotatud mängu lisada võidetud mängu.
Nüüd on füüsikud näidanud, et see paradoks eksisteerib ka kvantmehaanika valdkonnas - eeskirjades, mis reguleerivad subatomaalseid osakesi. Ja see võib viia tulevaste kvantarvutite kiiremate algoritmideni.
Füüsik Juan Parrondo kirjeldas paradoksi esmakordselt 1997. aastal, et selgitada, kuidas juhuslikkus võib juhtida põrkmehhanisme - asümmeetrilisi saehammastega käike, mis võimaldavad liikumist ühes suunas, kuid mitte teises. Paradoks on oluline füüsikas, bioloogias ning isegi majanduses ja rahanduses.
Parrondo paradoksi lihtsat näidet saab illustreerida mündivõtmise mänguga. Oletame, et panustate dollari kaalutud mündi libisemise eest, mis annab teile parema külje arvamiseks pisut vähem kui 50-protsendilise võimaluse. Pikemas perspektiivis kaotaksite.
Mängi nüüd teist mängu. Kui teie dollarite arv on 3-kordne, siis libistate kaalutud mündi pisut vähem kui 10-protsendilise võiduvõimalusega. Nii kaotaks kümnest üheksa kümnest. Vastasel korral saate mündi libistada vähem kui 75-protsendise võiduvõimalusega, mis tähendab, et võidaksite kolmest neljast klapist. Selgub, et nagu esimeses mängus, kaotaksite aja jooksul.
Kuid kui mängite neid kahte mängu üksteise järel juhuslikus järjestuses, suurenevad teie üldised koefitsiendid. Mängige piisavalt palju kordi ja saate lõpuks rikkamaks.
"Parrondo paradoks seletab nii paljusid asju klassikalises maailmas," ütles uuringu kaasautor Colin Benjamin, India riikliku teadushariduse ja teaduse instituudi (NISER) füüsik. Kuid "kas me näeme seda kvantmaailmas?"
Näiteks bioloogias kirjeldab kvanttreppimine, kuidas ioonid või laetud molekulid või aatomid läbivad rakumembraane. Sellise käitumise mõistmiseks saavad teadlased kasutada Parrondo paradoksi kvantversioonidel põhinevaid lihtsaid, hõlpsasti simuleeritavaid mudeleid, ütles San Diegos asuva California ülikooli matemaatik David Meyer, kes uuringuga ei tegelenud.
Üks võimalus paradoksi tekitava juhusliku mängude jada modelleerimiseks on juhuslik jalutuskäik, mis kirjeldab juhuslikku käitumist, näiteks mikroskoopiliste osakeste liikumist või footoni ringjoont, kui see päikese tuumast välja tuleb.
Võite juhusliku jalutuskäigu mõelda kui mündiklapi kasutamist, et teha kindlaks, kas astute vasakule või paremale. Aja jooksul võite lõpuks jõuda kaugemale vasakule või paremale, kus alustasite. Parrondo paradoksi korral tähendab vasakule või paremale astumine esimese või teise mängu mängimist.
Kvantjuhusliku jalutuskäigu jaoks saate kvantmündiga määrata mängujärjekorra, mis annab mitte ainult pead või sabad, vaid ka mõlemad korraga.
Selgub aga, et ühepoolne kahepoolne kvantmünt ei anna põhjust Parrondo paradoksist. Benjamini sõnul vajate selle asemel kahte kvantmünti, nagu näitasid tema ja NISERi endine kraadiõppur Jishnu Rajendran 2018. aasta veebruaris ajakirjas Royal Society Open Science avaldatud teoreetilises artiklis.. Kahe mündi korral astud vasakule või paremale ainult siis, kui mõlemad näitavad pead või saba. Kui iga münt näitab vastupidist, oodake järgmise klappini.
Hiljuti, juunis ajakirjas Europhysics Letters avaldatud analüüsis näitasid teadlased, et paradoks tekib ka ühe kvantmündi kasutamisel - kuid ainult siis, kui annate võimaluse selle küljele maandumiseks. (Kui münt jääb selle küljele, siis oodake järgmist klappi.)
Kasutades neid kahte moodust juhuslike kvant-jalutuskäikude genereerimiseks, leidsid teadlased mängud, mis viisid Parrondo paradoksini - tõend põhimõttest, et paradoksi kvantversioon tõepoolest eksisteerib, ütles Benjamin.
Paradoksil on ka käitumine, mis sarnaneb homsete kvantarvutite jaoks kavandatavate kvantotsingu algoritmidega, mis võiks lahendada arvutused, mis pole tavapäraste arvutite jaoks võimatud, väidavad füüsikud. Pärast kvant-juhuslikku jalutuskäiku on teil palju suurem tõenäosus jõuda kaugemale oma lähtepunktist kui klassikalise juhusliku jalutuskäigu korral. Nii hajuvad kvantkäigud kiiremini, mis võib viia kiiremate otsingu algoritmideni, väitsid teadlased.
"Kui ehitate algoritmi, mis töötab kvantprintsiibil või juhuslikul kõndimisel, võtab täitmine palju vähem aega," ütles Benjamin.
Toimetaja märkus: seda lugu värskendati, et selgitada, et Jishnu Rajendran ei ole enam NISERi kraadiõpp.
