Neue physikalische Regeln werden auf einem Quantencomputer getestet
Forscher von Aalto haben einen IBM-Quantencomputer verwendet, um ein unbekanntes Gebiet der Physik zu erkunden, und 100 Jahre Verständnis von Informationen auf Quantenebene in Frage gestellt.
Die Regeln der Quantenphysik, die das Verhalten sehr kleiner Objekte bestimmen, verwenden mathematische Operatoren, die als Hermitianische Hamiltonianer bezeichnet werden. Hermitianische Operatoren sind seit fast 100 Jahren das Herzstück der Quantenphysik, aber kürzlich haben Theoretiker erkannt, dass es möglich ist, ihre Grundgleichungen auf Operatoren zu erweitern, die nicht hermitisch sind.
Die neuen Gleichungen beschreiben das Universum mit seinen eigenen Regeln: Wenn Sie beispielsweise in den Spiegel schauen und die Richtung der Zeit ändern, sollten Sie dieselbe Version von sich selbst sehen wie in der realen Welt.
In ihrer neuen Arbeit verwendete ein Forscherteam einen Quantencomputer, um ein künstliches Universum zu erschaffen, das sich nach diesen neuen Regeln verhält.
Wissenschaftler haben Qubits, den Teil eines Quantencomputers, der Berechnungen durchführt, gezwungen, sich nach den neuen Regeln der nicht-hermitianischen Quantenmechanik zu verhalten. Sie demonstrierten experimentell einige aufregende Ergebnisse, die von der gewöhnlichen hermitianischen Quantenmechanik verboten sind.
Die erste Entdeckung war, dass beim Anwenden von Operationen auf Qubits keine Quanteninformationen gespeichert wurden - ein Verhalten, das für die Standardquantentheorie so grundlegend ist, dass es zu derzeit ungelösten Problemen wie Stephen Hawkings Paradoxon der Information über das Schwarze Loch führt. Das zweite aufregende Ergebnis kam, als sie mit zwei verwickelten Qubits experimentierten.
Verschränkung ist eine Art von Korrelation, die zwischen Qubits auftritt, als ob sie eine magische Verbindung haben, die dazu führt, dass sie sich synchron miteinander verhalten. Es war bekannt, dass Einstein sich mit diesem Konzept nicht wohl fühlte und es "gruselige Fernwirkung" nannte.
In der gewöhnlichen Quantenphysik ist es unmöglich, den Grad der Verschränkung zwischen zwei Teilchen zu ändern, indem man auf eines der Teilchen selbst einwirkt. In der nicht-hermitianischen Quantenmechanik konnten die Forscher jedoch den Grad der Verschränkung von Qubits ändern, indem sie nur einen von ihnen manipulierten, was in der gewöhnlichen Quantenphysik eindeutig verboten ist.
"Das Aufregendste an diesen Ergebnissen ist, dass Quantencomputer jetzt so weit fortgeschritten sind, dass sie damit unkonventionelle Ideen testen können, die bisher nur mathematisch waren", sagte der Autor Sorin Paraoanu. "Mit echter Arbeit wird Einsteins gruselige Fernwirkung noch gruseliger." Obwohl wir sehr gut verstehen, was los ist, lässt es uns immer noch zittern. “
Diese Forschung hat auch mögliche Anwendungen. Mehrere kürzlich entwickelte neue optische oder Mikrowellengeräte scheinen sich gemäß den neuen Vorschriften zu verhalten. Diese Arbeit ebnet den Weg für die Simulation dieser Geräte auf Quantencomputern.