Även de enklaste livsformerna står inför en oändlig störtflod av beslut – var man ska söka försörjning, till exempel, eller hur man undviker rovdjur. Olika matematiska modeller kan härma dessa beslutsprocesser, kommer till samma slutsatser som en levande organism kan nå. En av dessa modeller, känd som softmax-regeln, erbjuder den närmaste approximationen av en människa som försöker maximera sina vinster från en bank av spelautomater.

Masahiko Hara från RIKEN Global Research Cluster, i samarbete med Song-Ju Kim från Japans National Institute for Materials Science och andra forskare, har nu utvecklat en teoretisk modell baserad på kvantprickar som överträffar softmax-regeln vid val av spelautomater.

Kvantprickar är små fragment av materia bara nanometer stora. Modellen som utvecklats av forskargruppen simulerar valet mellan två spelautomater genom att använda fem av dessa prickar arrangerade i en linje - en liten prick i mitten och ett par medelstora och stora prickar på varje sida som representerar var och en av de två spelautomaterna. Varje maskin har olika sannolikhet att vinna jackpotten.

Systemet väljer vilken spelautomat som ska spelas genom att stråla ett "kontrollljus" mot den stora kvantpunkten till antingen vänster eller höger. Spelautomaten "spelas" sedan genom att ett andra ljus lyser vid den lilla pricken i mitten. Detta utlöser en kvantexcitation som delas med den mellanstora kvantpunkten i den valda maskinen. Mellanpunkten avger denna energi som ljus, signalerar vilken maskin som ska spelas härnäst.

Efter varje spelning, kontrollampan rör sig något mot den vinnande maskinen. Genom att justera intensiteten på ljuset på detta sätt, systemet sätter sig snart på en optimal balans mellan de två maskinerna. Om en maskin skulle ha fyra gånger större risk att "betala ut" än den andra, systemet kan vinna mer än 98 procent av sina spel inom 200 försök. Om automaternas utbetalningssannolikheter ändras, quantum dot-systemet anpassar sig också och gör det snabbare än softmax-regeln. Systemet representerar därför en enhet i nanoskala som kan fatta beslut effektivt och adaptivt genom att utnyttja kvantprickarnas inneboende optiska egenskaper.

Modellens optiska energiöverföringssystem har redan använts i kvantpricksystem, säger Hara, och teamet försöker nu bygga en fungerande version av sin beslutsfattare. Hara noterar att sådana system kan erbjuda ett extremt effektivt sätt att fatta beslut i trial-and-error-uppgifter.