Quantum dots træffer effektive beslutninger

Selv de enkleste former for liv står over for en endeløs spærre af beslutninger - hvor skal man søge næring, for eksempel, eller hvordan man undgår rovdyr. Forskellige matematiske modeller kan efterligne disse beslutningsprocesser, kommer til de samme konklusioner, som en levende organisme kan nå. En af disse modeller, kendt som softmax -reglen, tilbyder den nærmeste tilnærmelse til et menneske, der forsøger at maksimere deres gevinst fra en bank af spilleautomater.

Masahiko Hara fra RIKEN Global Research Cluster, i samarbejde med Song-Ju Kim fra Japans National Institute for Materials Science og andre forskere, har nu udviklet en teoretisk model baseret på kvantepunkter, der overgår softmax -reglen ved valg af spilleautomater.

Quantum dots er små fragmenter af stof, der kun er nanometer store. Modellen udviklet af forskergruppen simulerer valget mellem to spilleautomater ved at bruge fem af disse prikker arrangeret på en linje - en lille prik i midten og et par mellemstore og store prikker på hver side, der repræsenterer hver af de to spilleautomater. Hver maskine har en anden sandsynlighed for at ramme jackpotten.

Systemet vælger hvilken spillemaskine der skal spilles ved at stråle et 'kontrollys' ved den store kvantepunkt enten til venstre eller højre. Spilleautomaten 'spilles' derefter ved at skinne et andet lys ved den lille prik i midten. Dette udløser en kvante -excitation, der deles med medium -kvantepunktet i den valgte maskine. Mellempunktet udsender denne energi som lys, signalere hvilken maskine der skal spilles næste gang.

Efter hvert spil, kontrollampen bevæger sig lidt mod den vindende maskine. Ved at justere lysets intensitet på denne måde, systemet får hurtigt en optimal balance mellem de to maskiner. Hvis den ene maskine havde fire gange større sandsynlighed for at 'betale ud' end den anden, systemet kunne vinde mere end 98 procent af sine spil inden for 200 forsøg. Hvis maskinernes udbetalingssandsynligheder ændres, quantum dot -systemet tilpasser sig og gør det også hurtigere end softmax -reglen. Systemet repræsenterer derfor en nanoskalaenhed, der kan træffe beslutninger effektivt og adaptivt ved at udnytte de iboende optiske egenskaber ved kvantepunkter.

Modellens optiske energioverførselssystem er allerede blevet brugt i quantum-dot-systemer, siger Hara, og teamet forsøger nu at bygge en fungerende version af deres beslutningstager. Hara bemærker, at sådanne systemer kan tilbyde en ekstremt effektiv måde at træffe beslutninger i prøve- og fejlopgaver.