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Was die Welt zusammenhält Quantencomputer „blicken“ bis in die Welt der Strings

Quelle: TU München 1 min Lesedauer

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Die Wissenschaft beschreibt die Natur durch annähernde, theoretische Modelle. Viele sind so komplex, dass übliche Supercomputer an der Überprüfung scheitern. Bei Quantencomputern schaut das anders aus ...

Quantencomputing! In der Forschung werden erst Theorien aufgestellt, die es dann zu beweisen gilt. Es gibt aber Gesetze, denen man mit üblicher Rechenleistung nicht mehr auf die Schliche kommt – etwa die Stringtheorie. Die TU München nebst Partnern hat aber nun etwas erreicht ...(Bild: Art Factory Workers)
Quantencomputing! In der Forschung werden erst Theorien aufgestellt, die es dann zu beweisen gilt. Es gibt aber Gesetze, denen man mit üblicher Rechenleistung nicht mehr auf die Schliche kommt – etwa die Stringtheorie. Die TU München nebst Partnern hat aber nun etwas erreicht ...
(Bild: Art Factory Workers)

Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM), der Princeton University und von Google Quantum AI hat nun bewiesen, dass Quantencomputer fundamentale physikalische Prozesse direkt simulieren können. Damit sei auch eine praktische Anwendung von Quantencomputern gelungen. Das Forschungsergebnis stelle somit nur einen von vielen wichtigen Schritten dar, die mithilfe der Quanteninformatik gegangen werden könnten. In Zukunft könne man damit tiefere Einblicke in die Teilchenphysik, in Quantenmaterialien und sogar in die Natur von Raum und Zeit genießen. Es geht laut TUM also um das Verständnis der Funktionsweise der Natur auf ihrer grundlegendsten Ebene, wie sie von sogenannten Eichtheorien beschrieben wird. Darunter versteht man eine physikalische Feldtheorie, die einer lokalen Eichsymmetrie genügt. Es geht dabei darum, dass die von der Theorie vorhergesagten Wechselwirkungen sich nicht ändern, wenn eine bestimmte Größe, die auch vom Ort abhängen kann, frei gewählt wird. Die Möglichkeit, eine Größe an jedem Ort unabhängig festzulegen – quasi zu eichen. Sie geht auf den deutschen Mathematiker Hermann Weyl zurück.

Der Quantenprozessor von Google ist die Basis

Für die direkte Simulation dieser fundamentalen Wechselwirkungen nutzten die Münchener Forscher den Quantenprozessor von Google, der ein hochmoderner supraleitender Chip ist, der nicht mit den klassischen Einheiten 0 und 1 rechnet, sondern mit sogenannten Qubits, bei denen es auch Zwischenzustände gibt, die auf den Gesetzen der Quantenmechanik basieren. Durch die Anpassung der effektiven Parameter im Modell konnte man etwa die Eigenschaften der Strings abstimmen. Sie können demnach stark schwanken, sich eng zusammenziehen oder sogar zerbrechen, wie die Forscher wissen lassen. Die Daten aus dem Quantenprozessor offenbarten die charakteristischen Verhaltensweisen solcher Strings, die direkte Analogien zu Phänomenen in der Hochenergie-Teilchenphysik aufweisen. Untersucht und beobachtet wurde, wie sich Teilchen und die unsichtbaren Strings, die sie verbinden, im Laufe der Zeit entwickeln.

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