Wyjaśniając swoje badania nad grami kwantowymi, prof. Marek Szopa i dr inż. Anna Gorczyca-Goraj, zauważają, że należy zacząć od wspomnienia o teorii gier. W wywiadzie dla Coopernicus, przybliżają jak teoria gier bada strategie interakcji między ludźmi. Mówią, że teoria ta zakłada, że gracze w wyborze optymalnego rozwiązania, przewidują, co zrobią inni gracze. Ponadto, teoria gier zakłada istnienie wielu strategii, na przykład – sytuacje, w której istnieje najlepsze rozwiązanie tylko dla jednego gracza lub rozwiązanie, które jest korzystne dla wszystkich. Gry kwantowe, będące przedmiotem badań prof. Szopy i dr inż. Gorczycy-Goraj, to gry oparte o bardziej abstrakcyjne i trudne do rozstrzygnięcia sytuacje.
Dylemat więźnia
Dobrym sposobem na przybliżenie czym są gry kwantowe, jest przedstawienie dylematu więźnia. W klasycznej formie przedstawia się on następująco:
Dwójka przestępców, którzy są znani policji, zostaje złapana w kradzionym aucie. Policja podejrzewa ich nie tylko o kradzież pojazdu, ale też o inne przestępstwa. Jednak siły porządkowe nie mają dowodów na zbrodnie o które przestępcy są podejrzewani. Na komisariacie, zbrodniarze są rozdzieleni i przesłuchiwani osobno, tak aby nie mogli się ze sobą porozumieć. Policjant proponuje przestępcom nagrodę za zdradę wspólnika i dostarczenie dowodów. Ta sytuacja daje trzy możliwe rozwiązania:
- Dwójka przestępców milczy – wtedy obydwoje są skazani tylko za kradzież auta, jest to kara stosunkowo niska.
- Jeden z przestępców się przyznaje i dostarcza dowodów na tego drugiego – ten z przestępców, który “nakablował” na wspólnika nie otrzymuje żadnej kary. Drugi z przestępców (przegrany) zostaje skazany nie tylko za kradzież auta, ale też za zbrodnię na którą teraz są dowody.
- Dwóch przestępców się przyznaje i w ten sposób dwóch zdradza współwinnego – Dwóch przestępców zostaje skazanych i za kradzież auta i za zbrodnię, na którą teraz policja ma dowody. Kary te są trochę mniejsze, ponieważ współpracowali z policją.
Dla obydwu podejrzanych najlepszą opcją (oferującą najniższe ryzyko kary) jest milczeć i ufać, że współwinny również tak się zachowa.
„Kiedy wybieramy rozwiązanie indywidualnie korzystne dla nas, to wtedy jako zespół czy ogół ponosimy klęskę.”– mówi prof. Szopa, w wywiadzie z Coopernicus. Dodaje, że właśnie dzięki grom kwantowym możemy uzyskać znacznie lepszy wynik, czyli wynik bliższy optimum w sensie Pareto.
„Strategia bycia team playerem się opłaca”
– podsumowuje Pani dr inż. Gorczyca-Goraj.
A więc, gry kwantowe to nie tylko abstrakcyjna nauka. Mogą być wykorzystywane również
w komunikacji między ludźmi, tworzeniu zgranych zespołów w pracy oraz zbiorowym osiąganiu wspólnych celów.
Badania zespołu
Obecnie zespół prof. Szopy, Pani dr inż. Gorczyca-Goraj i, nieobecnego podczas wywiadu, prof. Piotra Frąckiewicza, pracuje nad dopuszczalnymi rozszerzeniami gier klasycznych w ramach modelu Eiserta-Wilkensa-Lewensteina. Następnie zespół ma skupić się na szukaniu rozwiązań optimum w sensie Pareto. Zespół pracuje również nad publikacją naukową, poświęconą ich odkryciom. Liczą, że otworzy ona pole do dalszych badań dla innych naukowców.
Grupa naukowców stawia sobie za cel uporządkowanie dziedziny teorii gier, poprzez wskazanie jakie klasy gry są dopuszczalnymi przedłużeniami gier klasycznych.
„Nasz cel to opracowanie porządnego modelu gier kwantowych. Koncepcja gier kwantowych jest rozwijana już od 2000 roku, ale tysiące prac na ten temat nie spowodowały uporządkowania tej teorii, w której wiadomo by było, które gry stanowią rzeczywiste rozszerzenie klasycznej teorii gier, a które są po prostu ciekawostką matematyczną.” – mówi prof. Szopa. Dodaje: – „Ciekawostki matematyczne nie przekładają się na zrozumienie problemów, które mają być praktycznie rozwiązane, takich jak dylemat więźnia, opisywanego przez gry klasyczne.”
Przyszłość rozwiązań kwantowych
Prof. Szopa i dr inż. Gorczyca-Goraj, w wywiadzie z Coopernicus, zauważają, że zastosowania kwantowe zaczynają być coraz bardziej popularne w wielu obszarach. Jako przykłady podają takie obszary jak finanse i bezpieczeństwo energetyczne, gdzie informatyka kwantowa przełoży się nie tylko na szybkość obliczeń, ale też na tak ważne bezpieczeństwo danych.
Kolejnym obszarem, według prof. Szopy, jest sieć telefonii komórkowej kolejnej generacji, w części opartej na komunikacji kwantowej. Technologia ta umożliwi bezpieczne połączenie między satelitą a telefonem.
A w przypadku konfliktu dwóch stron, np.: podczas negocjacji, komputery kwantowe, będą w stanie wybrać najlepsze rozwiązanie – takie, które odpowiada obydwu zainteresowanym. Dodatkowo, komputery kwantowe będą w stanie zrobić to z zachowaniem poufnych danych oraz umożliwić przejście od obecnie stosowanych w firmach algorytmów szyfrujących do algorytmów bezpiecznych.
Prostym językiem o skomplikowanych sprawach
Mówiąc o przyszłości gier kwantowych, Prof. Szopa i dr inż. Gorczyca-Goraj, podkreślają jak ważne jest popularyzowanie nauki przez mówienie o niej prostym językiem.
Pani dr inż. Gorczyca-Goraj mówi, że ludzie dostrzegają jak ważna będzie informatyka kwantowa i gry kwantowe: „Ludzie to wiedzą, a my musimy być gotowi odpowiadać na to. Ale nie pisząc skomplikowane wzory tylko budując zrozumienie.”
Prof. Szopa i dr inż. Gorczyca-Goraj zgadzają się też co do tego, że naukowcy powinni umieć wyjaśniać swoje badania prostym językiem, przystępnym dla wszystkich. Jak mówi prof. Szopa:
„O klasie naukowca decyduje to czy potrafi wyjaśnić to czym się zajmuje każdemu. Swojej 80-letniej babci, ale, jak w moim przypadku, też swojemu wnukowi.”
Uniwersytet Ekonomiczny w Katowicach, gdzie pracuje dwójka naukowców, zauważa zarówno popularność zagadnień kwantowych i potrzebę edukowania w tym obszarze. Z tego powodu Uniwersytet planuje rozszerzyć program studiów o zagadnienia z informatyki kwantowej.
Ten artykuł został autoryzowany przez prof. Marka Szopę i dr inż. Annę Gorczycę-Goraj.
Bibliografia:
- Tomasz Rostański, Teoria gier, Dylemat więźnia.http://coin.wne.uw.edu.pl/tkopczewski/MIKROsite/teoria_gier_ksiazka/ch03s02.html, (dostęp 19.12.2023).
Barbara Niemczyk
