量子计算机叠加态的确定,用量子叠加态坍缩理论描述认知决策的过程

马尔科夫随机游走模型(左)和量子随机游走模型(右)

人们在面对各种各样的任务进行决策时都会在大脑中有一个证据累积的过程来支持不同的假设。一个比较经典的证据累积模型是马尔科夫随机游走(Markov random walk, MRW)理论。在这个理论中，每种假设都被分配了一个概率。在一个MRW决策模型中，当要在两种假设中做出选择时，支持或反对每一假设的证据会在不同时刻达到不同等级，像微观粒子一样在不同态之间跃迁，但在某一给定时刻会停留在确定的一个等级。

然而基于经典概率论的马尔科夫随机游走理论在面对最新的业界意见会产生一些问题。最新的意见即个人偏好胜过理性判断。一个国际性的心理学研究者组织提出了一个新的名为量子随机游走的模型(Quantum random walk, QRW)。这个模型就是基于个人偏好胜过理性判断的这个假设的。这些研究者已经将他们的实验结果发表到了Proceedings of the National Academy of Sciences上。

与原来的MRW相比，新的理论假设证据证据在一段时间内的累积呈叠加态，就像波动态的光子一样。而判断和决策使这一不确定的叠加态“坍缩”至一个确定的状态。研究者们并没有说人的大脑是一部量子计算机，他们特别强调他们研究中的分子力学只是一个比喻。

在实验中，九个参与者完成了共计112组随机点运动测试。他们要观察屏幕上移动的点，这些点中的一部分是一致向某一方向移动的。研究者控制着测试的难度。在有选择条件(choice condition)下，受试者被要求辨认向同一方向移动的点是向左移动还是向右移动。在无选择条件(no-choice condition)下，受试者根据听到的声音用动作进行回应。

接下来受试者被要求对自己判断的信心进行打分，0分是认为一定向左运动，100分是认为一定向右运动。研究者的实验报告显示，如果屏幕上的点很明显地向某一方向移动，信心的评分会高很多，而在无选择条件下的信心评分要低于有选择条件。这一结果与基于MRW理论的假设相矛盾。

QRW理论假设证据随着时间的流逝而逐步累积发展，这一点和MRW理论一样。但QRW理论认为决策的过程是从原来不确定的、像叠加态一样的状态中产生了一个新的确定的状态。“这种量子观点重新概念化了我们如何对不确定性进行建模并形成了一种‘个人偏好胜过理性判断’的假设。”作者如是写道。

量子随机游走理论提供了一种前所未有的新视角，在认知和神经系统的理论下解释了决策时证据累积过程之下的本质。

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