To tabende spil kan tilføje et vindende, ifølge et koncept kaldet Parrondos paradoks.
Nu har fysikere vist, at dette paradoks også findes inden for kvantemekanikens område, de regler, der regulerer subatomære partikler. Og det kan føre til hurtigere algoritmer til fremtidige kvantecomputere.
Fysiker Juan Parrondo beskrev først paradokset i 1997 for at forklare, hvordan tilfældighed kan drive skralder - asymmetriske, savtandede gear, der tillader bevægelse i den ene retning, men ikke den anden. Paradokset er relevant inden for fysik, biologi og endda økonomi og finans.
Et simpelt eksempel på Parrondos paradoks kan illustreres med et møntfladespil. Lad os sige, at du satser en dollar på at vende en vægtet mønt, der giver dig lidt mindre end 50 procent chance for at gætte den rigtige side. I det lange løb ville du tabe.
Spil nu et andet spil. Hvis antallet af dollars, du har, er et multiplum af 3, vender du en vægtet mønt med lidt mindre end 10-procent chance for at vinde. Så ni ud af 10 af disse flips ville tabe. Ellers kommer du til at vende en mønt med lige under en 75 procent chance for at vinde, hvilket betyder, at du ville vinde tre ud af fire af disse flips. Det viser sig, at du som i det første spil ville tabe over tid.
Men hvis du spiller disse to spil hinanden i en tilfældig rækkefølge, går dine samlede odds op. Spil nok gange, og du bliver faktisk rigere.
"Parrondos paradoks forklarer så mange ting i den klassiske verden," sagde studieforfatter Colin Benjamin, fysiker ved Indiens National Institute of Science Education and Research (NISER). Men "kan vi se det i kvanteverdenen?"
I biologi, for eksempel, beskriver kvante-ratcheting, hvordan ioner, eller ladede molekyler eller atomer, passerer gennem cellemembraner. For at forstå denne opførsel kan forskere bruge enkle, let at simulere modeller baseret på kvanteversioner af Parrondos paradoks, sagde David Meyer, en matematiker ved University of California, San Diego, som ikke var involveret i forskningen.
En måde at modellere den tilfældige rækkefølge af spil, der giver anledning til paradokset, er med en tilfældig gåtur, der beskriver tilfældig adfærd såsom bevægelse af mikrende mikroskopiske partikler eller en fotons kredsløb, når den kommer ud af solens kerne.
Du kan tænke på en tilfældig gåtur som at bruge en møntflip til at bestemme, om du træder til venstre eller højre. Over tid kan du ende længere til venstre eller højre for, hvor du startede. I tilfælde af Parrondos paradoks repræsenterer trin til venstre eller højre at spille det første spil eller det andet.
For en kvantet tilfældig gåtur kan du bestemme rækkefølgen af gameplay med en kvantemønter, der ikke kun giver hoveder eller haler, men også begge på samme tid.
Det viser sig imidlertid, at en enkelt, tosidet kvantemønte ikke giver anledning til Parrondos paradoks. I stedet, sagde Benjamin, har du brug for to kvantemønter, som han og Jishnu Rajendran, en tidligere kandidatstuderende ved NISER, viste i en teoretisk artikel, der blev offentliggjort i februar 2018 i tidsskriftet Royal Society Open Science. Med to mønter træder du kun til venstre eller højre, når begge viser hoveder eller haler. Hvis hver mønt viser det modsatte, venter du til næste flip.
For nylig i en analyse, der blev offentliggjort i juni i tidsskriftet Europhysics Letters, viste forskerne, at paradokset også opstår, når der bruges en enkelt kvantemønt - men kun hvis du lader muligheden for at lande på dens side. (Hvis mønten lander på sin side, venter du på endnu en vending.)
Ved hjælp af disse to måder til at generere kvante tilfældige vandreture fandt forskerne spil, der førte til Parrondos paradoks - et bevis på princippet om, at en kvanteversion af paradokset faktisk eksisterer, sagde Benjamin.
Paradokset har også adfærd, der ligner dem i kvantesøgealgoritmerne, der er designet til morgendagens kvantecomputere, hvilket kan tackle beregninger, der er umulige for normale computere, siger fysikere. Efter at have taget en tilfældig kvantet gang har du en meget højere chance for at ende langt fra dit udgangspunkt end hvis du tog en klassisk tilfældig gåtur. På den måde spreder kvanteture hurtigere, hvilket muligvis fører til hurtigere søgealgoritmer, sagde forskerne.
"Hvis du bygger en algoritme, der fungerer efter et kvanteprincip eller tilfældig gang, vil det tage meget mindre tid at udføre," sagde Benjamin.
Redaktørens note: Denne historie blev opdateret for at præcisere, at Jishnu Rajendran ikke længere er kandidatstuderende på NISER.
