Gyles Lewis
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Due partite perdenti possono sommarsi a una vincente, secondo un concetto chiamato paradosso di Parrondo.
Ora, i fisici hanno dimostrato che questo paradosso esiste anche nel regno della meccanica quantistica, le regole che governano le particelle subatomiche. E potrebbe portare a algoritmi più veloci per i futuri computer quantistici. [La misteriosa fisica di 7 cose quotidiane]
Il fisico Juan Parrondo ha descritto per la prima volta il paradosso nel 1997 per spiegare come la casualità possa guidare i cricchetti: ingranaggi asimmetrici a denti di sega che consentono il movimento in una direzione ma non nell'altra. Il paradosso è rilevante in fisica, biologia e persino in economia e finanza.
Un semplice esempio del paradosso di Parrondo può essere illustrato con un gioco di lancio di monete. Supponiamo che scommetti un dollaro lanciando una moneta ponderata che ti dà una probabilità leggermente inferiore al 50% di indovinare il lato giusto. A lungo andare perderai.
Ora gioca una seconda partita. Se il numero di dollari che hai è un multiplo di 3, lanci una moneta ponderata con una probabilità di vincita leggermente inferiore al 10%. Quindi nove su 10 di quei lanci perderebbero. Altrimenti, puoi lanciare una moneta con poco meno del 75% di possibilità di vincere, il che significa che vinceresti tre su quattro di quei lanci. Si scopre che, come nel primo gioco, perderai nel tempo.
Ma se giochi a questi due giochi uno dopo l'altro in una sequenza casuale, le tue probabilità complessive aumentano. Gioca abbastanza volte e finirai per diventare più ricco.
"Il paradosso di Parrondo spiega tante cose nel mondo classico", ha detto il coautore dello studio Colin Benjamin, un fisico dell'Istituto nazionale indiano di educazione e ricerca scientifica (NISER). Ma "possiamo vederlo nel mondo quantistico?"
In biologia, ad esempio, il cricchetto quantistico descrive il modo in cui gli ioni, o molecole o atomi carichi, passano attraverso le membrane cellulari. Per comprendere questo comportamento, i ricercatori possono utilizzare modelli semplici e facili da simulare basati su versioni quantistiche del paradosso di Parrondo, ha affermato David Meyer, matematico dell'Università della California, San Diego, che non è stato coinvolto nella ricerca.
Un modo per modellare la sequenza casuale di giochi che dà origine al paradosso è con una passeggiata casuale, che descrive un comportamento casuale come il movimento di particelle microscopiche oscillanti o il percorso tortuoso di un fotone quando emerge dal nucleo del sole. [Guarda le splendide immagini della corona del sole in simulazioni]
Puoi pensare a una passeggiata casuale come se usassi un lancio di moneta per determinare se passi a sinistra oa destra. Nel tempo, potresti finire più a sinistra o a destra di dove hai iniziato. Nel caso del paradosso di Parrondo, fare un passo a sinistra oa destra rappresenta giocare il primo o il secondo gioco.
Per una passeggiata aleatoria quantistica, puoi determinare la sequenza del gameplay con una moneta quantistica, che dà non solo testa o croce ma anche entrambi allo stesso tempo.
Si scopre, tuttavia, che una singola moneta quantistica a due facce non dà origine al paradosso di Parrondo. Invece, ha detto Benjamin, hai bisogno di due monete quantistiche, come lui e Jishnu Rajendran, un ex studente laureato al NISER, hanno mostrato in un documento teorico pubblicato nel febbraio 2018 sulla rivista Royal Society Open Science. Con due monete, passi a sinistra oa destra solo quando entrambe mostrano testa o croce. Se ogni moneta mostra il contrario, attendi fino al lancio successivo.
Più di recente, in un'analisi pubblicata a giugno sulla rivista Europhysics Letters, i ricercatori hanno dimostrato che il paradosso sorge anche quando viene utilizzata una singola moneta quantistica, ma solo se si lascia la possibilità che atterri su un lato. (Se la moneta cade su un lato, attendi un altro lancio.)
Utilizzando questi due modi per generare passeggiate aleatorie quantistiche, i ricercatori hanno scoperto giochi che hanno portato al paradosso di Parrondo, una prova di principio che una versione quantistica del paradosso esiste davvero, ha detto Benjamin..
Il paradosso ha anche comportamenti simili a quelli degli algoritmi di ricerca quantistica progettati per i computer quantistici di domani, che potrebbero affrontare calcoli impossibili per computer normali, dicono i fisici. Dopo aver fatto una passeggiata aleatoria quantistica, hai una probabilità molto maggiore di finire lontano dal punto di partenza rispetto a una passeggiata aleatoria classica. In questo modo, le passeggiate quantistiche si disperdono più velocemente, portando potenzialmente ad algoritmi di ricerca più veloci, hanno detto i ricercatori.
"Se crei un algoritmo che funziona su un principio quantistico o una passeggiata casuale, ci vorrà molto meno tempo per l'esecuzione", ha detto Benjamin.
Nota del redattore: questa storia è stata aggiornata per chiarire che Jishnu Rajendran non è più uno studente laureato al NISER.
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