Quantum Game Theory and Open Access Publishing

The digital revolution of the information age and in particular the sweeping changes of scientific communication brought about by computing and novel communication technology, potentiate global, high grade scientific information for free. The arXiv for example is the leading scientific communication platform, mainly for mathematics and physics, where everyone in the world has free access on. While in some scientific disciplines the open access way is successfully realized, other disciplines (e.g. humanities and social sciences) dwell on the traditional path, even though many scientists belonging to these communities approve the open access principle. In this paper we try to explain these different publication patterns by using a game theoretical approach. Based on the assumption, that the main goal of scientists is the maximization of their reputation, we model different possible game settings, namely a zero sum game, the prisoners’ dilemma case and a version of the stag hunt game, that show the dilemma of scientists belonging to “non-open access communities”. From an individual perspective, they have no incentive to deviate from the Nash Equilibrium of traditional publishing. By extending the model using the quantum game theory approach it can be shown, that if the strength of entanglement exceeds a certain value, the scientists will overcome the dilemma and terminate to publish only traditionally in all three settings.Open Access, game theory, social dilemma, quantum game theory

Doves and hawks in economics revisited [An evolutionary quantum game theory-based analysis of financial crises]

The last financial and economic crisis demonstrated the dysfunctional long-term effects of aggressive behaviour in financial markets. Yet, evolutionary game theory predicts that under the condition of strategic dependence a certain degree of aggressive behaviour remains within a given population of agents. However, as the consequences of the financial crisis exhibit, it would be desirable to change the 'rules of the game' in a way that prevents the occurrence of any aggressive behaviour and thereby also the danger of market crashes. The paper picks up this aspect. Through the extension of the in literature well-known Hawk-Dove game by a quantum approach, we can show that dependent on entanglement, also evolutionary stable strategies can emerge, which are not predicted by classical evolutionary game theory and where the total economic population uses a non aggressive quantum strategy.Evolutionary game theory; financial crisis; hawk-dove game; quantum game theory

Hyperstars: phase transition to (meta)-stable hyperonic matter in neutron stars

Recent progress in the understanding of the high density phase of neutron stars advances the view that a substantial fraction of the matter consists of hyperons. The possible impacts of a highly attractive interaction between hyperons on the properties of compact stars is investigated. We find that the equation of state exhibits a second stable minimum at large hyperon contents which is in accord with existing hypernuclear data. This second solution gives rise to new effects for neutron star properties which are similar to the ones proposed for the deconfinement transition to strange quark matter and absolutely stable strange stars. We find that the corresponding hyperstars can have rather small radii of R=6-8 km independent of the mass. PACS: 26.60+c, 21.65+f, 97.60.Gb, 97.60.J

Phase transition to hyperon matter in neutron stars

Recent progress in the understanding of the high density phase of neutron stars advances the view that a substantial fraction of the matter consists of hyperons. The possible impacts of a highly attractive interaction between hyperons on the properties of compact stars are investigated. We find that a hadronic equation of state with hyperons allows for a first order phase transition to hyperonic matter. The corresponding hyperon stars can have rather small radii of R ~ 8 km. PACS: 26.60+c, 21.65+f, 97.60.Gb, 97.60.J

Eigenschaften von kompakten Sternen in QCD-motivierten Modellen

Kompakte Sterne stellen neben weissen Zwergen und schwarzen Löchern eine der möglichen Endzustände der Evolution von Sonnen dar. Diese extrem dichten astrophysikalischen Objekte können als Restobjekte von massiven Sternen im Zentrum von Supernova-Explosionen entstehen. Allein in unserer Galaxie sind derzeit ca. 1500 solcher Objekte bekannt. Die Materie innerhalb der kompakten Sterne stellt neben der frühen Urknall-Phase, die dichteste, uns zugängliche Energieform im gesamten Universum dar; sie beschreibt den letzten stabilen Zustand bevor die Materie unaufhaltsam kollabiert und durch die Bildung eines Ereignishorizontes von der Aussenwelt abgetrennt wird. Die Eigenschaften der kompakten Sterne werden massgeblich durch zwei fundamentale Kräfte bestimmt: Die Quanten-Chromodynamik (QCD), die den Kräfteaustausch der elementaren Quarks durch farbgeladene Gluonen beschreibt, und die Allgemeine Relativitätstheorie, die die attraktive, gravitative Wechselwirkung der Sterne durch eine Verformung ihrer raumzeitlichen Struktur formuliert. In den ersten beiden Kapiteln der vorliegenden Arbeit wird zunächst die derzeitige Theorie der elementaren Wechselwirkungen mittels einer eichtheoretischen Formulierung beschrieben. Astrophysikalische Folgerungen der Allgemeinen Relativitätstheorie, wie die Raumzeitkrümmung innerhalb und ausserhalb kompakter Sterne und die Theorie schwarzer Löcher werden im Detail diskutiert und mittels dreidimensionaler Diagramme veranschaulicht. Im dritten Kapitel werden die numerisch erhaltenen Resultate der Eigenschaften der kompakten Sterne zusammengefasst und in folgende Gruppen untergliedert: Neutronensterne, Quarksterne, hybride Sterne und Zwillingssterne. Die mögliche Realisierung des Quark-Gluon-Plasmas im Inneren der kompakten Sterne wird diskutiert. Anhand von existierenden und zukünftig geplanten astrophysikalischen Beobachtungsmöglichkeiten (z.B. Gravitationswellendetektoren) wird die experimentelle Überprüfbarkeit der dargestellten Ergebnisse aufgezeigt.thesi

Evolutionary quantum game theory in the context of socio-economic systems

Die Quantenspieltheorie stellt eine mathematische und konzeptuelle Erweiterung der klassischen Spieltheorie dar. Der Raum aller denkbaren Entscheidungswege der Spieler wird vom rein reellen, messbaren Raum in den Raum der komplexen Zahlen (reelle und imaginäre Zahlen) ausgedehnt. Durch das Konzept der möglichen quantentheoretischen Verschränkung der Entscheidungswege im imaginären Raum aller denkbaren Quantenstrategien können gemeinsame, durch kulturelle oder moralische Normen entstandene Denkrichtungen mit einbezogen werden. Ist die Strategienverschränkung der Spieler im imaginären Raum der denkbaren Entscheidungswege nur genügend groß, so können zusätzliche Nash-Gleichgewichte auftreten und zuvor existente dominante Strategien sich auflösen. Die der evolutionären Entwicklung zugrundeliegende Replikatordynamik besitzt in der evolutionären Quantenspieltheorie eine komplexere Struktur und die jeweiligen evolutionär stabilen Strategien können sich, abhängig vom Maß der Verschränkung, abändern. Neben einer detaillierten Darstellung der evolutionären Quantenspieltheorie werden in dieser Dissertation mehrere Anwendungsbeispiele besprochen. So wird durch eine quantentheoretische Erweiterung die aktuelle Finanzkrise mittels eines Anti-Koordinationsspiels beleuchtet, das unterschiedliche Publikationsverhalten von Wissenschaftlern erklärt und erste Ansätze einer experimentellen Bestätigung der Theorie dargestellt.The evolution of socio-economic systems depend on the interdependent decision processes of its underlying system components. The mathematical model to describe the strategic decision of players within a socio-economic game is "game theory". "Quantum game theory" is a mathematical and conceptual amplification of classical game theory. The space of all conceivable decision paths is extended from the purely rational, measurable space in the Hilbertspace of complex numbers - which is the mathematical space where quantum theory is formulated. Trough the concept of a potential entanglement of the imaginary quantum strategy parts, it is possible to include cooperate decision path, caused by cultural or moral standards. If this strategy entanglement is large enough, then additional Nash equilibria can occur, previously present dominant strategies could become nonexistent and new evolutionary stable strategies do appear for some game classes. Within this PhD thesis the main results of classical and quantum games are summarized and all of the possible game classes of evolutionary (2 player)-(2 strategy) games are extended to quantum games. It is shown that the quantum extension of classical games with an underlying dilemma-like structure give different results, if the strength of strategic entanglement is above a certain barrier. After the German summary and the introduction paper, five different applications of the theory are discussed within the thesis