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Artículo publicado el 10 de septiembre de 2015 en Technology Review

La próxima vez que tengas que realizar una elección, ¿por qué no dejas que la tome un fotón por ti?

Imagina que entras en un casino para jugar a las máquinas tragaperras. Has oído que una de ellas da más premios que las otras, por lo que tu objetivo es descubrir cuál. Pero, ¿cuánta parte de tus recursos deberías gastar explorando las máquinas antes de decidir aprovecharte de una de ellas?

Toma de decisiones fotónica

Toma de decisiones fotónica

Este problema se conoce como el dilema de exploración-aprovechamiento, y surge en todo tipo de circunstancias, desde las prospecciones petrolíferas hasta las apuestas en los planes de negocio. La dificultad, por supuesto, es que las máquinas son probabilísticas, por lo que siempre es posible sufrir un engaño teniendo una buena racha por azar jugando en una máquina que dé pocos premios.

No hay pocos algoritmos que puedan ayudarte con este problema. Existen programas de ordenador de distintos grados de complejidad que simulan qué está pasando y usan una teoría de la probabilidad para calcular el mejor movimiento siguiente.

Pero existe otro método. Makoto Naruse del Instituto Nacional de Tecnologías de la Información y la Comunicación en Tokio, Japón, y sus colegas señalan que las leyes de la mecánica cuántica son probabilísticas, y por tanto proporcionan un entorno natural para la teoría de decisión.

Y eso les permitió construir un extraordinario dispositivo de toma de decisiones. Su nuevo juguete es un disparador de fotones y un detector que usa las leyes de la física para tomar decisiones, en lugar de usar algoritmos complejos. El dispositivo ofrece la posibilidad de que este tipo de inteligencia fotónica pueda ayudar a tomar decisiones complejas.

La teoría es sencilla. Una estrategia para encontrar la tragaperras que más premios dé es empezar a echar monedas en las maquinas y contar cuánto pagan cada vez. Entonces, cuando aprendes, echas más monedas en las máquinas que pagan mejor, hasta encontrar la mejor de todas.

El fotón encargado de tomar la decisión hace esto de forma automática. Consiste en un disparador que lanza el fotón a través de un filtro polarizador. Este filtro puede ajustarse para polarizar el fotón horizontal o verticalmente.

Cuando se encuentran a 45 grados, sin embargo, cada fotón tiene una igual probabilidad de quedar horizontal o verticalmente polarizado. Por tanto, esta configuración produce un flujo regular de fotones polarizados vertical u horizontalmente con una probabilidad del 50% para cada uno.

Rotar el filtro cambia las probabilidades. Mover el filtro hacia la vertical incrementa las posibilidades de polarización vertical, reduciendo las de polarización horizontal. Por tanto, en esta configuración, quedarán polarizados verticalmente más fotones.

Luego, Naruse y sus colegas usan la polarización de los fotones para elegir a cuál jugar entre dos máquinas. Por ejemplo, un fotón vertical implica jugar en la primera tragaperras, mientras que uno vertical significa jugar en la segunda.

El proceso de toma de decisión aparece creando un bucle de retroalimentación que cambia la orientación del filtro polarizador tras cada jugada. De este modo, si la primera máquina da premio, el filtro se mueve hacia la vertical, haciendo más probable que se juegue en ella en el futuro. Pero si un fotón horizontal dispara un premio, el filtro se mueve hacia la horizontal.

De este modo, la máquina de fotones “aprende” a recibir premios más a menudo.

Lo interesante de esta configuración es que no requiere una computación estándar, ni simulación del sistema, ni cálculo de probabilidades. En lugar de esto, las leyes de la física toman la decisión a través de un simple mecanismo de retroalimentación.

Esto no es sólo un trabajo teórico. Naruse y sus colegas han construido su propio dispositivo de toma de decisiones mediante fotones usando un disparador de fotones hecho a partir de una vacante de nitrógeno en un nanodiamante. Los fotones procedentes de este dispositivo determinan con cuál jugar de entre dos máquinas tragaperras, y los resultados retroalimentan la orientación de un filtro de polarización.

Los resultados son impresionantes. El dispositivo rápidamente encuentra la mejor máquina, e incluso cambia “de opinión” cuando Naruse y sus colegas modifican las probabilidades de pago de las máquinas. “Experimentalmente hemos demostrado precisión y adaptación en la toma de decisiones”, señalan.

Este trabajo es interesante ya que tiene importantes implicaciones para las máquinas inteligentes. Una de las ventajas de esta nueva máquina es su simplicidad, no requiere de maquina estándar de cálculo en absoluto. También puede ser minúscula, operando a escala de nanómetros usando muy poca energía.

Pero es conceptualmente donde el nuevo dispositivo podría tener el mayor impacto. Existe un claro sentimiento de que las máquinas inteligentes deben depender de la computación electrónica para tomar decisiones. Naruse y compañía han demostrado que no es este el caso. En lugar de ello, un nuevo tipo de inteligencia fotónica usa las leyes de la física y un diseño inteligente para decidir por sí mismo.

Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1509.00638 : Single-Photon Decision Maker

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