Deux jeux perdants peuvent s'ajouter à un jeu gagnant, selon un concept appelé paradoxe de Parrondo.
Or, les physiciens ont montré que ce paradoxe existe également dans le domaine de la mécanique quantique, les règles qui régissent les particules subatomiques. Et cela pourrait conduire à des algorithmes plus rapides pour les futurs ordinateurs quantiques.
Le physicien Juan Parrondo a décrit le paradoxe pour la première fois en 1997 pour expliquer comment le hasard peut entraîner des cliquets - des engrenages asymétriques en dents de scie qui permettent un mouvement dans une direction mais pas dans l'autre. Le paradoxe est pertinent en physique, en biologie, et même en économie et en finance.
Un exemple simple du paradoxe de Parrondo peut être illustré par un jeu à pile ou face. Supposons que vous misiez un dollar sur le fait de lancer une pièce pondérée qui vous donne un peu moins de 50% de chances de deviner le côté droit. À long terme, vous perdriez.
Jouez maintenant un deuxième match. Si le nombre de dollars que vous avez est un multiple de 3, vous lancez une pièce pondérée avec une chance de gagner un peu moins de 10%. Donc, neuf sur 10 de ces flips perdraient. Sinon, vous pouvez lancer une pièce avec un peu moins de 75% de chances de gagner, ce qui signifie que vous gagneriez trois sur quatre de ces flips. Il s'avère que, comme lors du premier match, vous perdriez au fil du temps.
Mais si vous jouez ces deux jeux l'un après l'autre dans un ordre aléatoire, vos chances globales augmentent. Jouez suffisamment de fois et vous finirez par être plus riche.
"Le paradoxe de Parrondo explique tant de choses dans le monde classique", a déclaré le co-auteur de l'étude Colin Benjamin, physicien à l'Institut national indien de l'enseignement et de la recherche scientifiques (NISER). Mais "pouvons-nous le voir dans le monde quantique?"
En biologie, par exemple, le cliquet quantique décrit comment les ions, ou les molécules ou atomes chargés, traversent les membranes cellulaires. Pour comprendre ce comportement, les chercheurs peuvent utiliser des modèles simples et faciles à simuler basés sur des versions quantiques du paradoxe de Parrondo, a déclaré David Meyer, mathématicien à l'Université de Californie à San Diego, qui n'était pas impliqué dans la recherche.
Une façon de modéliser la séquence aléatoire de jeux qui donne lieu au paradoxe consiste à utiliser une marche aléatoire, qui décrit un comportement aléatoire tel que le mouvement de particules microscopiques agitées ou le chemin détourné d'un photon lorsqu'il émerge du cœur du soleil.
Vous pouvez penser à une marche aléatoire comme à un tirage au sort pour déterminer si vous marchez à gauche ou à droite. Au fil du temps, vous pourriez vous retrouver plus à gauche ou à droite de l'endroit où vous avez commencé. Dans le cas du paradoxe de Parrondo, faire un pas à gauche ou à droite représente jouer le premier ou le deuxième match.
Pour une marche aléatoire quantique, vous pouvez déterminer la séquence de jeu avec une pièce quantique, qui donne non seulement des têtes ou des queues, mais aussi les deux en même temps.
Il s'avère cependant qu'une seule pièce quantique à deux faces ne donne pas lieu au paradoxe de Parrondo. Au lieu de cela, a déclaré Benjamin, vous avez besoin de deux pièces quantiques, comme lui et Jishnu Rajendran, un ancien étudiant diplômé du NISER, l'ont montré dans un article théorique publié en février 2018 dans la revue Royal Society Open Science. Avec deux pièces, vous ne marchez à gauche ou à droite que lorsque les deux affichent des têtes ou des queues. Si chaque pièce montre le contraire, vous attendez le prochain lancer.
Plus récemment, dans une analyse publiée en juin dans la revue Europhysics Letters, les chercheurs ont montré que le paradoxe survient également lorsqu'une seule pièce quantique est utilisée - mais seulement si vous lui permettez de se poser sur le côté. (Si la pièce tombe sur son côté, vous attendez un autre lancer.)
En utilisant ces deux façons de générer des marches aléatoires quantiques, les chercheurs ont trouvé des jeux qui ont conduit au paradoxe de Parrondo - une preuve de principe qu'une version quantique du paradoxe existe bel et bien, a déclaré Benjamin.
Le paradoxe a également des comportements similaires à ceux des algorithmes de recherche quantique conçus pour les ordinateurs quantiques de demain, qui pourraient s'attaquer à des calculs impossibles pour les ordinateurs normaux, disent les physiciens. Après avoir fait une marche aléatoire quantique, vous avez beaucoup plus de chances de vous retrouver loin de votre point de départ que si vous aviez fait une marche aléatoire classique. De cette façon, les promenades quantiques se dispersent plus rapidement, ce qui conduit potentiellement à des algorithmes de recherche plus rapides, ont déclaré les chercheurs.
"Si vous construisez un algorithme qui fonctionne sur un principe quantique ou une marche aléatoire, il faudra beaucoup moins de temps pour l'exécuter", a déclaré Benjamin.
Note de l'éditeur: Cette histoire a été mise à jour pour préciser que Jishnu Rajendran n'est plus un étudiant diplômé au NISER.
