Zelfs de eenvoudigste vormen van leven worden geconfronteerd met een eindeloos spervuur ​​van beslissingen - waar te zoeken naar voedsel, bijvoorbeeld, of hoe roofdieren te vermijden. Verschillende wiskundige modellen kunnen deze besluitvormingsprocessen nabootsen, tot dezelfde conclusies komen die een levend organisme zou kunnen trekken. Een van deze modellen, bekend als de softmax-regel, biedt de beste benadering van een mens die probeert zijn winst uit een bank van gokautomaten te maximaliseren.

Masahiko Hara van het RIKEN Global Research Cluster, in samenwerking met Song-Ju Kim van het Japanse National Institute for Materials Science en andere onderzoekers, heeft nu een theoretisch model ontwikkeld op basis van quantum dots dat beter presteert dan de softmax-regel bij gokautomaatselectie.

Quantum dots zijn minuscule fragmenten van materie van slechts nanometer groot. Het door het onderzoeksteam ontwikkelde model simuleert de selectie tussen twee gokautomaten door vijf van deze stippen in een lijn te gebruiken:een kleine stip in het midden en een paar middelgrote en grote stippen aan elke kant die elk van de twee speelautomaten vertegenwoordigen. Elke machine heeft een andere kans om de jackpot te winnen.

Het systeem kiest op welke gokautomaat het gaat spelen door een 'controlelampje' naar de grote kwantumstip links of rechts te laten schijnen. De gokautomaat wordt dan 'bespeeld' door een tweede licht op het kleine stipje in het midden te schijnen. Dit triggert een kwantumexcitatie die wordt gedeeld met de middelgrote kwantumstip in de gekozen machine. De middelste stip straalt deze energie uit als licht, aangeven welke machine als volgende moet worden gespeeld.

Na elk spel, het controlelampje beweegt iets in de richting van de winnende machine. Door de intensiteit van het licht op deze manier aan te passen, het systeem vindt al snel een optimale balans tussen de twee machines. Als de ene machine vier keer meer kans zou hebben om uit te betalen dan de andere, het systeem zou binnen 200 pogingen meer dan 98 procent van zijn spellen kunnen winnen. Als de uitbetalingskansen van de machines veranderen, het quantum dot-systeem past zich ook aan en doet dat sneller dan de softmax-regel. Het systeem vertegenwoordigt daarom een ​​apparaat op nanoschaal dat efficiënt en adaptief beslissingen kan nemen door gebruik te maken van de intrinsieke optische eigenschappen van kwantumstippen.

Het optische energieoverdrachtssysteem van het model is al gebruikt in quantum-dot-systemen, zegt Har, en het team probeert nu een werkende versie van hun beslisser te bouwen. Hara merkt op dat dergelijke systemen een uiterst efficiënte manier kunnen zijn om beslissingen te nemen in proefondervindelijke taken.