Phillip Hopkins
0 
2850
736
Zgodnie z koncepcją zwaną paradoksem Parrondo, dwie przegrane partie mogą dać wynik jednej zwycięskiej.
Teraz fizycy wykazali, że ten paradoks istnieje również w dziedzinie mechaniki kwantowej, czyli reguł rządzących cząstkami subatomowymi. Może to doprowadzić do szybszych algorytmów dla przyszłych komputerów kwantowych. [Tajemnicza fizyka 7 rzeczy codziennych]
Fizyk Juan Parrondo po raz pierwszy opisał ten paradoks w 1997 roku, aby wyjaśnić, w jaki sposób losowość może napędzać mechanizm zapadkowy - asymetryczne, zębate koła zębate, które umożliwiają ruch w jednym kierunku, ale nie w drugim. Paradoks jest istotny w fizyce, biologii, a nawet ekonomii i finansach.
Prosty przykład paradoksu Parrondo można zilustrować grą w rzucanie monetami. Załóżmy, że stawiasz dolara na przewrócenie ważonej monety, co daje nieco mniej niż 50% szansy na odgadnięcie właściwej strony. Na dłuższą metę przegrałbyś.
Teraz zagraj w drugą grę. Jeśli liczba posiadanych dolarów jest wielokrotnością 3, rzucasz monetą ważoną z nieco mniejszą niż 10% szansą na wygraną. Zatem dziewięć na 10 rzutów przegrałoby. W przeciwnym razie możesz rzucić monetą z prawie 75-procentową szansą na wygraną, co oznacza, że wygrasz trzy z czterech tych rzutów. Okazuje się, że podobnie jak w pierwszej grze z czasem przegrasz.
Ale jeśli zagrasz w te dwie gry jedna po drugiej w losowej kolejności, twoje ogólne szanse wzrosną. Zagraj wystarczająco dużo razy, a staniesz się bogatszy.
„Paradoks Parrondo wyjaśnia tak wiele rzeczy w klasycznym świecie” - powiedział współautor badania Colin Benjamin, fizyk z indyjskiego Narodowego Instytutu Edukacji Naukowej i Badań (NISER). Ale "czy możemy to zobaczyć w świecie kwantowym?"
Na przykład w biologii mechanizm zapadkowy kwantowy opisuje, w jaki sposób jony lub naładowane cząsteczki lub atomy przechodzą przez błony komórkowe. Aby zrozumieć to zachowanie, naukowcy mogą użyć prostych, łatwych do symulacji modeli opartych na kwantowych wersjach paradoksu Parrondo - powiedział David Meyer, matematyk z University of California w San Diego, który nie brał udziału w badaniach..
Jednym ze sposobów modelowania losowej sekwencji gier, która powoduje paradoks, jest spacer losowy, który opisuje przypadkowe zachowania, takie jak ruch drgających mikroskopijnych cząstek lub okrężną ścieżkę fotonu, gdy wyłania się on z jądra Słońca. [Zobacz wspaniałe obrazy korony Słońca w symulacjach]
Możesz myśleć o losowym spacerze jak o rzucie monetą, aby określić, czy idziesz w lewo, czy w prawo. Z czasem możesz znaleźć się dalej na lewo lub na prawo od miejsca, w którym zacząłeś. W przypadku paradoksu Parrondo krok w lewo lub w prawo reprezentuje rozegranie pierwszej lub drugiej partii.
W przypadku kwantowego chodu losowego możesz określić sekwencję rozgrywki za pomocą kwantowej monety, która daje nie tylko orła lub reszkę, ale także obie jednocześnie.
Okazuje się jednak, że pojedyncza, dwustronna moneta kwantowa nie wywołuje paradoksu Parronda. Zamiast tego Benjamin powiedział, że potrzebujesz dwóch monet kwantowych, jak pokazał on i Jishnu Rajendran, były absolwent NISER w artykule teoretycznym opublikowanym w lutym 2018 w czasopiśmie Royal Society Open Science.. Mając dwie monety, idziesz w lewo lub w prawo tylko wtedy, gdy obaj pokazują orły lub reszki. Jeśli na każdej monecie jest odwrotnie, czekasz do następnego rzutu.
Niedawno, w analizie opublikowanej w czerwcu tego roku w czasopiśmie Europhysics Letters, naukowcy wykazali, że paradoks pojawia się również wtedy, gdy używana jest pojedyncza moneta kwantowa - ale tylko wtedy, gdy dopuszcza się możliwość lądowania jej na boku. (Jeśli moneta wyląduje na boku, czekasz na kolejny rzut).
Korzystając z tych dwóch sposobów generowania kwantowych spacerów losowych, naukowcy odkryli gry, które doprowadziły do paradoksu Parrondo - dowodu na to, że kwantowa wersja paradoksu rzeczywiście istnieje, powiedział Benjamin..
Paradoks ma również zachowania podobne do algorytmów kwantowego wyszukiwania projektowanych dla jutrzejszych komputerów kwantowych, które mogłyby zająć się obliczeniami niemożliwymi dla zwykłych komputerów, twierdzą fizycy. Po przejściu kwantowego spaceru losowego masz znacznie większe szanse na to, że znajdziesz się daleko od punktu wyjścia, niż gdybyś wybrał klasyczny spacer losowy. W ten sposób spacery kwantowe rozpraszają się szybciej, potencjalnie prowadząc do szybszych algorytmów wyszukiwania - stwierdzili naukowcy.
„Jeśli zbudujesz algorytm, który działa na zasadzie kwantowej lub losowej ścieżki, wykonanie zajmie znacznie mniej czasu” - powiedział Benjamin.
Uwaga redaktora: ta historia została zaktualizowana, aby wyjaśnić, że Jishnu Rajendran nie jest już absolwentem NISER.
Pierwotnie opublikowano w dniu .