Dua permainan yang kalah boleh menambah kepada yang menang, menurut konsep yang disebut paradoks Parrondo.
Sekarang, ahli fizik telah menunjukkan bahawa paradoks ini juga wujud dalam bidang mekanik kuantum, peraturan yang mengawal zarah subatomik. Dan ia boleh membawa kepada algoritma yang lebih pantas untuk komputer kuantum masa depan.
Pakar fizikal Juan Parrondo pertama kali menggambarkan paradoks pada tahun 1997 untuk menjelaskan bagaimana rawak dapat memacu roda gigi - gear asymmetrical, bergigi bergigi yang membolehkan gerakan dalam satu arah tetapi bukan yang lain. Paradoks ini berkaitan dengan fizik, biologi, dan juga ekonomi dan kewangan.
Satu contoh mudah paradoks Parrondo boleh digambarkan dengan permainan duit syiling. Katakan anda bertaruh satu dolar untuk membalikkan duit syiling bermasalah yang memberi anda sedikit kurang daripada peluang 50 peratus untuk meneka sebelah kanan. Dalam jangka panjang, anda akan kehilangan.
Sekarang mainkan permainan kedua. Sekiranya jumlah dolar yang anda miliki adalah berganda sebanyak 3, anda akan mengecilkan duit syiling bermasalah dengan peluang sedikit sebanyak 10 peratus untuk menang. Jadi sembilan daripada 10 orang yang terbalik itu akan kalah. Jika tidak, anda dapat mengecilkan duit syiling dengan hanya di bawah peluang 75 peratus untuk memenangi, bermakna anda akan memenangi tiga daripada empat daripada mereka. Ternyata, seperti dalam permainan pertama, anda akan hilang dari masa ke masa.
Tetapi jika anda bermain kedua-dua perlawanan satu demi satu dalam urutan rawak, kemungkinan keseluruhan anda akan meningkat. Mainkan masa yang cukup, dan anda akan menjadi lebih kaya.
"Paradoks Parrondo menerangkan banyak perkara dalam dunia klasik," kata pengarang bersama kajian Colin Benjamin, seorang ahli fizik di Institut Pendidikan dan Penyelidikan Institut Sains Negara (NISER) di India. Tetapi "bolehkah kita melihatnya di dunia kuantum?"
Dalam biologi, contohnya, ratcheting quantum menerangkan bagaimana ion, atau molekul atau atom yang dikenakan, melalui membran sel. Untuk memahami kelakuan ini, para penyelidik boleh menggunakan model mudah dan mudah simulasi berdasarkan versi kuantum paradoks Parrondo, kata David Meyer, ahli matematik di University of California, San Diego, yang tidak terlibat dalam penyelidikan.
Satu cara untuk model urutan rawak permainan yang menimbulkan paradoks adalah dengan berjalan kaki secara rawak, yang menggambarkan perilaku sembrono seperti pergerakan zarah-zarah mikroskopik yang menggelegak atau laluan lekuk foton apabila ia muncul dari teras matahari.
Anda boleh memikirkan berjalan secara rawak menggunakan flip duit syiling untuk menentukan sama ada anda melangkah ke kiri atau kanan. Dari masa ke masa, anda mungkin lebih jauh ke kiri atau kanan di mana anda bermula. Dalam kes paradoks Parrondo, melangkah ke kiri atau kanan mewakili bermain permainan pertama atau yang kedua.
Untuk berjalan rawak kuantum, anda boleh menentukan urutan permainan dengan duit syiling kuantum, yang memberikan bukan sahaja kepala atau ekor tetapi juga kedua-duanya pada masa yang sama.
Walau bagaimanapun, ternyata bahawa koin kuantum tunggal yang bermuka dua tidak menimbulkan paradoks Parrondo. Sebaliknya, Benyamin berkata, anda memerlukan dua duit syiling kuantum, kerana dia dan Jishnu Rajendran, bekas pelajar siswazah di NISER, menunjukkan dalam kertas teoretis yang diterbitkan pada Februari 2018 dalam jurnal Royal Society Open Science. Dengan dua syiling, anda melangkah ke kiri atau ke kanan hanya apabila kedua-dua menunjukkan kepala atau ekor. Jika setiap duit syiling menunjukkan sebaliknya, anda tunggu sehingga flip seterusnya.
Baru-baru ini, dalam analisis yang diterbitkan pada bulan Jun ini dalam jurnal Europhysics Letters, para penyelidik menunjukkan bahawa paradoks juga timbul apabila koin kuantum tunggal digunakan - tetapi hanya jika anda membenarkan kemungkinan untuk mendarat di sisinya. (Sekiranya duit syiling di sisinya, anda menunggu satu lagi flip.)
Dengan menggunakan kedua-dua cara menghasilkan jalan rawak kuantum, penyelidik mendapati permainan yang membawa kepada paradoks Parrondo - bukti prinsip bahawa versi kuantum paradoks memang wujud, kata Benjamin.
Paradoks juga mempunyai tingkah laku yang serupa dengan algoritma carian kuantum yang direka untuk komputer kuantum esok, yang boleh menangani pengiraan yang mustahil untuk komputer biasa, kata ahli fizik. Setelah mengambil berjalan kaki rawak kuantum, anda mempunyai peluang yang lebih tinggi untuk berakhir jauh dari titik permulaan anda daripada jika anda mengambil jalan rawak klasik. Dengan cara itu, kuantum berjalan bersurai dengan cepat, berpotensi membawa kepada algoritma carian yang lebih pantas, kata para penyelidik.
"Jika anda membina algoritma yang berfungsi pada prinsip kuantum atau berjalan kaki secara rawak, ia akan mengambil sedikit masa untuk dilaksanakan," kata Benjamin.
Nota Editor: Kisah ini dikemaskini untuk menjelaskan bahawa Jishnu Rajendran bukan lagi pelajar siswazah di NISER.
