يمكن أن تضيف مباراتان خاسرتان إلى لعبة فائزة ، وفقًا لمفهوم يسمى مفارقة باروندو.
الآن ، أظهر الفيزيائيون أن هذا التناقض موجود أيضًا في عالم ميكانيكا الكم ، القواعد التي تحكم الجسيمات دون الذرية. ويمكن أن يؤدي إلى خوارزميات أسرع لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المستقبلية.
وصف الفيزيائي خوان باروندو لأول مرة المفارقة في عام 1997 لشرح كيف يمكن للعشوائية أن تدفع السقاطة - التروس غير المتكافئة ذات الأسنان المنشورة التي تسمح بالحركة في اتجاه واحد ولكن ليس في الاتجاه الآخر. المفارقة ذات صلة بالفيزياء والأحياء وحتى الاقتصاد والتمويل.
يمكن توضيح مثال بسيط لمفارقة باروندو من خلال لعبة التقليب بالعملة. لنفترض أنك تراهن على دولار واحد عند قلب عملة مرجحة تمنحك فرصة أقل بقليل من 50 في المائة لتخمين الجانب الأيمن. على المدى الطويل ، سوف تخسر.
العب الآن لعبة ثانية. إذا كان عدد الدولارات التي لديك هو مضاعف 3 ، فأنت تقلب عملة مرجحة مع فرصة أقل بقليل من 10 بالمائة للفوز. لذا ستفقد تسعة من كل 10 من هذه التقلبات. بخلاف ذلك ، يمكنك قلب عملة معدنية مع فرصة بنسبة 75 في المائة فقط للفوز ، مما يعني أنك ستفوز بثلاثة من أصل أربعة من تلك التقلبات. اتضح أنه ، كما في اللعبة الأولى ، ستخسر مع مرور الوقت.
ولكن إذا لعبت هاتين المباراتين واحدة تلو الأخرى في تسلسل عشوائي ، فإن احتمالاتك الإجمالية ترتفع. العب مرات كافية ، وستكون أكثر ثراء في الواقع.
قال المؤلف المشارك للدراسة كولين بنجامين ، الفيزيائي في المعهد الوطني لتعليم العلوم والبحوث في الهند (NISER): "مفارقة باروندو تفسر الكثير من الأشياء في العالم الكلاسيكي". لكن "هل يمكننا رؤيته في العالم الكمي؟"
في علم الأحياء ، على سبيل المثال ، يصف الرفع الكمومي كيف تمر الأيونات ، أو الجزيئات أو الذرات المشحونة ، عبر أغشية الخلايا. وقال ديفيد ماير ، عالم الرياضيات في جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، الذي لم يشارك في البحث ، لفهم هذا السلوك ، يمكن للباحثين استخدام نماذج بسيطة وسهلة المحاكاة على أساس الإصدارات الكمية من مفارقة باروندو.
إحدى الطرق لنمذجة التسلسل العشوائي للألعاب التي تؤدي إلى المفارقة هي المشي العشوائي ، الذي يصف السلوك العشوائي مثل حركة الجسيمات الدقيقة التي تهتز أو المسار الدائري للفوتون عندما يخرج من قلب الشمس.
يمكنك التفكير في المشي العشوائي كقلب عملة لتحديد ما إذا كنت تخطو إلى اليسار أو اليمين. بمرور الوقت ، قد ينتهي بك الأمر أبعد إلى اليسار أو اليمين من حيث بدأت. في حالة تناقض باروندو ، يمثل الانتقال إلى اليسار أو اليمين لعب اللعبة الأولى أو الثانية.
بالنسبة للمشي العشوائي الكمي ، يمكنك تحديد تسلسل اللعب بعملة كمومية ، والتي لا تعطي فقط رؤوسًا أو ذيول ولكن أيضًا كلاهما في نفس الوقت.
ومع ذلك ، اتضح أن عملة كمية واحدة ذات وجهين لا تؤدي إلى مفارقة باروندو. قال بنيامين ، بدلاً من ذلك ، تحتاج إلى عملتين كميتين ، كما أظهر هو وجيشنو راجيندران ، وهو طالب دراسات عليا سابق في NISER ، في ورقة نظرية نشرت في فبراير 2018 في مجلة Royal Society Open Science. مع عملتين ، تنطلق يسارًا أو يمينًا فقط عندما يظهر كلاهما الرؤوس أو ذيول. إذا أظهرت كل عملة العكس ، فانتظر حتى الوجه التالي.
في الآونة الأخيرة ، في تحليل نشر في يونيو في مجلة Europhysics Letters ، أظهر الباحثون أن المفارقة تنشأ أيضًا عند استخدام عملة كمية واحدة - ولكن فقط إذا سمحت بإمكانية هبوطها على جانبها. (إذا هبطت العملة على جانبها ، فانتظر قلبًا آخر).
وقال بنجامين إنه باستخدام هاتين الطريقتين لتوليد المشي العشوائي الكمومي ، وجد الباحثون ألعابًا أدت إلى مفارقة باروندو - وهو دليل على مبدأ وجود نسخة كمومية من المفارقة بالفعل.
يقول علماء الفيزياء إن المفارقة تمتلك أيضًا سلوكًا مشابهًا لسلوكيات خوارزميات البحث الكمومي المصممة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والتي يمكن أن تعالج الحسابات المستحيلة لأجهزة الكمبيوتر العادية. بعد القيام بمسيرة عشوائية كمومية ، لديك فرصة أكبر بكثير للانتهاء بعيدًا عن نقطة البداية مما لو كنت تمشي بشكل عشوائي كلاسيكي. وقال الباحثون إنه بهذه الطريقة يتفشى المشي الكمي بشكل أسرع ، مما قد يؤدي إلى خوارزميات بحث أسرع.
وقال بنيامين: "إذا قمت ببناء خوارزمية تعمل على مبدأ الكم أو المشي العشوائي ، فسوف يستغرق تنفيذها وقتًا أقل بكثير".
ملاحظة المحرر: تم تحديث هذه القصة لتوضيح أن Jishnu Rajendran لم يعد طالب دراسات عليا في NISER.
