Jacob Hoover
0 
939
17
Twee verliezende spellen kunnen oplopen tot een winnende, volgens een concept dat Parrondo's paradox wordt genoemd.
Nu hebben natuurkundigen aangetoond dat deze paradox ook bestaat op het gebied van de kwantummechanica, de regels die gelden voor subatomaire deeltjes. En het zou kunnen leiden tot snellere algoritmen voor toekomstige kwantumcomputers. [De mysterieuze fysica van 7 alledaagse dingen]
Natuurkundige Juan Parrondo beschreef de paradox voor het eerst in 1997 om uit te leggen hoe willekeur ratels kan aandrijven - asymmetrische tandwielen met zaagtanden die beweging in de ene richting toelaten maar niet in de andere. De paradox is relevant in de natuurkunde, biologie en zelfs economie en financiën.
Een eenvoudig voorbeeld van de paradox van Parrondo kan worden geïllustreerd met een spel om munten om te draaien. Stel dat je een dollar inzet op het omdraaien van een gewogen munt, waardoor je iets minder dan 50 procent kans hebt om de rechterkant te raden. Op de lange termijn zou je verliezen.
Speel nu een tweede spel. Als het aantal dollars dat je hebt een veelvoud van 3 is, draai je een gewogen munt om met een kans van iets minder dan 10 procent om te winnen. Dus negen van de tien van die salto's zouden verliezen. Anders mag je een munt omdraaien met iets minder dan 75 procent kans om te winnen, wat betekent dat je drie van de vier van die salto's wint. Het blijkt dat je, net als in de eerste game, na verloop van tijd zou verliezen.
Maar als u deze twee spellen achter elkaar in een willekeurige volgorde speelt, neemt uw algehele kans toe. Speel genoeg keer, en je wordt echt rijker.
"De paradox van Parrondo verklaart zoveel dingen in de klassieke wereld", zei co-auteur Colin Benjamin, een natuurkundige aan het Indiase National Institute of Science Education and Research (NISER). Maar "kunnen we het zien in de kwantumwereld?"
In de biologie beschrijft quantum ratcheting bijvoorbeeld hoe ionen, of geladen moleculen of atomen, door celmembranen gaan. Om dit gedrag te begrijpen, kunnen onderzoekers eenvoudige, gemakkelijk te simuleren modellen gebruiken die zijn gebaseerd op kwantumversies van Parrondo's paradox, zei David Meyer, een wiskundige aan de University of California, San Diego, die niet bij het onderzoek betrokken was..
Een manier om de willekeurige opeenvolging van spellen te modelleren die aanleiding geeft tot de paradox, is met een willekeurige wandeling, die lukraak gedrag beschrijft, zoals de beweging van schuddende microscopisch kleine deeltjes of het omslachtige pad van een foton wanneer het uit de kern van de zon komt. [Zie prachtige beelden van de corona van de zon in simulaties]
U kunt een willekeurige wandeling zien als het gebruik van een muntstuk om te bepalen of u naar links of naar rechts stapt. Na verloop van tijd zou je verder naar links of rechts kunnen eindigen van waar je begon. In het geval van Parrondo's paradox betekent naar links of rechts stappen het spelen van het eerste spel of het tweede.
Voor een willekeurige kwantumwandeling kun je de volgorde van het spel bepalen met een kwantummunt, die niet alleen kop of munt geeft, maar ook beide tegelijk.
Het blijkt echter dat een enkele, tweezijdige kwantummunt geen aanleiding geeft tot Parrondo's paradox. In plaats daarvan, zei Benjamin, heb je twee kwantummunten nodig, zoals hij en Jishnu Rajendran, een voormalige afgestudeerde student aan NISER, toonden in een theoretisch artikel dat in februari 2018 werd gepubliceerd in het tijdschrift Royal Society Open Science.. Met twee munten stap je alleen naar links of rechts als beide kop of munt tonen. Als elke munt het tegenovergestelde laat zien, wacht je tot de volgende omslag.
Meer recentelijk, in een analyse die in juni in het tijdschrift Europhysics Letters werd gepubliceerd, toonden de onderzoekers aan dat de paradox ook ontstaat wanneer een enkele kwantummunt wordt gebruikt - maar alleen als je de mogelijkheid geeft dat deze op zijn kant terechtkomt. (Als de munt op zijn kant landt, wacht je op een volgende keer omdraaien.)
Met behulp van deze twee manieren om willekeurige kwantumwandelingen te genereren, vonden de onderzoekers games die leidden tot Parrondo's paradox - een bewijs van het principe dat er inderdaad een kwantumversie van de paradox bestaat, zei Benjamin..
De paradox vertoont ook gedrag dat vergelijkbaar is met dat van de kwantumzoekalgoritmen die worden ontworpen voor de kwantumcomputers van morgen, die berekeningen kunnen aanpakken die onmogelijk zijn voor normale computers, zeggen natuurkundigen. Na het maken van een kwantum willekeurige wandeling, heb je een veel grotere kans om ver van je startpunt te komen dan wanneer je een klassieke willekeurige wandeling zou maken. Op die manier verspreiden kwantumwandelingen zich sneller, wat mogelijk leidt tot snellere zoekalgoritmen, aldus de onderzoekers.
"Als je een algoritme bouwt dat werkt volgens een kwantumprincipe of een willekeurige wandeling, kost het veel minder tijd om het uit te voeren", zei Benjamin..
Noot van de redacteur: dit verhaal is bijgewerkt om te verduidelijken dat Jishnu Rajendran niet langer een afgestudeerde student aan NISER is.
Oorspronkelijk gepubliceerd op .