Дві програшні ігри можуть доповнити виграшну, відповідно до концепції, що називається парадоксом Паррондо.
Тепер фізики показали, що цей парадокс існує і в царині квантової механіки, правил, які регулюють субатомні частинки. І це може призвести до більш швидких алгоритмів для майбутніх квантових комп'ютерів.
Фізик Хуан Паррондо вперше описав парадокс у 1997 році, щоб пояснити, як випадковість може керувати храповиками - несиметричними зубчастими зубчастими передачами, які дозволяють рухатись в одну сторону, а не в іншу. Парадокс актуальний у фізиці, біології та навіть економіці та фінансах.
Простий приклад парадоксу Паррондо можна проілюструвати грою на монеті. Скажімо, ви ставите долар на гортання зваженої монети, що дає трохи менше, ніж 50-відсотковий шанс вгадати праву сторону. З часом ви програєте.
Тепер пограйте в другу гру. Якщо кількість доларів у вас кратна 3, ви перегортаєте зважену монету з трохи меншим 10-відсотковим шансом на перемогу. Тож дев'ять із 10 таких переворотів втратили б. В іншому випадку ви зможете перевернути монету з шансом на 75 відсотків виграти, тобто ви виграєте три з чотирьох цих фліпів. Виявляється, як і в першій грі, ти з часом втратиш.
Але якщо ви граєте ці дві гри одна за одною у випадковій послідовності, ваші загальні шанси збільшуються. Грайте достатньо разів, і ви насправді станете багатшими.
"Парадокс Паррондо пояснює так багато речей у класичному світі", - сказав співавтор дослідження Колін Бенджамін, фізик Національного інституту наукової освіти та досліджень Індії (NISER). Але "чи можемо ми побачити це у квантовому світі?"
Наприклад, у біології квантове грохотування описує, як іони або заряджені молекули чи атоми проходять через клітинні мембрани. Щоб зрозуміти таку поведінку, дослідники можуть використовувати прості, легкі для імітації моделі, засновані на квантових версіях парадоксу Паррондо, сказав Девід Мейєр, математик з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, який не брав участі в дослідженнях.
Один із способів моделювання випадкової послідовності ігор, що спричиняє парадокс, - це випадкова хода, яка описує випадкові поведінки, такі як рух миготливих мікроскопічних частинок або контурний шлях фотона, коли він виходить з ядра Сонця.
Ви можете подумати про випадкову прогулянку, як за допомогою перекидання монети, щоб визначити, чи переходите ви вліво чи вправо. З часом ви можете закінчитись ліворуч або праворуч від місця, де ви почали. У випадку парадоксу Паррондо, перехід ліворуч або праворуч являє собою гру першої чи другої гри.
Для квантової випадкової прогулянки ви можете визначити послідовність гри за допомогою квантової монети, яка дає не тільки голови або хвости, але і обидва одночасно.
Однак виявляється, що двостороння квантова монета не породжує парадоксу Паррондо. Натомість, сказав Бенджамін, вам потрібні дві квантові монети, як показали він та Джишну Радженран, колишній аспірант NISER, у теоретичній праці, опублікованій у лютому 2018 року у журналі Royal Society Open Science. З двома монетами ви переходите вліво або вправо лише тоді, коли обидві показують голови або хвости. Якщо кожна монета показує протилежне, ви дочекаєтесь наступного гортання.
Зовсім недавно, в аналізі, опублікованому в червні цього року в журналі Europhysics Letters, дослідники показали, що парадокс виникає також при використанні однієї квантової монети - але тільки якщо ви дозволите можливості приземлитися на її сторону. (Якщо монета приземлиться на бік, ви чекаєте чергового перевертання.)
Використовуючи ці два способи генерування квантових випадкових прогулянок, дослідники виявили ігри, які призвели до парадоксу Паррондо - доказ принципу того, що квантова версія парадоксу дійсно існує, сказав Бенджамін.
Парадокс також має поведінку, подібну до алгоритмів квантового пошуку, що розробляються для завтрашніх квантових комп'ютерів, які можуть вирішити обчислення, неможливі для звичайних комп'ютерів, вважають фізики. Після квантової випадкової прогулянки у вас набагато більший шанс закінчитись далеко від початкової точки, ніж якщо б ви пройшли класичну випадкову прогулянку. Таким чином, квантові прогулянки розповсюджуються швидше, що потенційно призводить до швидших алгоритмів пошуку, вважають дослідники.
"Якщо ви побудуєте алгоритм, який працює за квантовим принципом або випадковим ходом, на його виконання знадобиться набагато менше часу", - сказав Бенджамін.
Примітка редактора: Ця історія була оновлена, щоб уточнити, що Джишну Раджендран вже не є аспірантом NISER.
