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Wissenschaftler behaupten, ein winziges Wurmloch im Quantenbereich geschaffen zu haben

Wer die Fibonacci-Folge, die zur Verschränkung von Qubits verwendet wird, verwirrend findet – ein verrücktes Thema, über das wir hier ein Video veröffentlicht haben -, sollte sich lieber an etwas Handfestem festhalten.

Kürzlich entdeckte eine Gruppe von Wissenschaftlern, dass Quantensysteme Wurmlöcher, theoretische Abkürzungen in der Raumzeit, nachahmen können, da sie die sofortige Übertragung von Informationen zwischen entfernten Orten ermöglichen.

Obwohl Quantenpartikel von der Schwerkraft nicht so beeinflusst werden wie klassische Objekte, glaubt das Studienteam, dass ihre Ergebnisse Auswirkungen auf die Erforschung der Quantengravitation haben könnten. Die Studie erschien diese Woche in der Zeitschrift Nature.

„Die Beziehung zwischen Quantenverschränkung, Raumzeit und Quantengravitation ist eine der wichtigsten Fragen in der Grundlagenphysik und ein aktives Gebiet der theoretischen Forschung“, erklärte die Physikerin Maria Spiropulu vom California Institute of Technology, die Erstautorin der Studie, in einer Presseerklärung. „Wir freuen uns über diesen kleinen Schritt, um diese Ideen auf Quantenhardware zu testen und werden weiter daran arbeiten.“

Es ist an der Zeit, eine Pause einzulegen. Es sollte klargestellt werden, dass die Forscher nicht wirklich Quanteninformationen über einen Raumzeitriss übertragen haben, der im Prinzip zuvor getrennte Teile des Universums zusammenführen würde.

Stellen Sie sich vor, Sie falten ein Blatt Papier in der Mitte und stecken einen Bleistift zwischen die Falten. Da das Papier die Raumzeit darstellt, können Sie es als Tor benutzen, um zwei scheinbar unzugängliche Orte zu verbinden.

In der theoretischen Physik gibt es eine Theorie, die besagt, dass Wurmlöcher mit der Quantenverschränkung vergleichbar sind, die Einstein als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnete. Sie besagt, dass die Spins der verschränkten Quantenteilchen sie selbst bei großen Entfernungen eindeutig charakterisieren. Aufgrund ihrer besonderen Verbindung eignen sich Quantenteilchen hervorragend als Prototypen für die Teleportation.

Separate Forschungen aus dem Jahr 2017 haben gezeigt, dass die gravitative Beschreibung von Raumzeit-Wurmlöchern der Übertragung von Quanteninformation entspricht. Die neue Gruppe untersucht das Problem seit einigen Jahren selbst.

Ihr Ziel war es, nicht nur die Gleichwertigkeit der beiden Modelle zu demonstrieren, sondern auch die Möglichkeit, die Informationsübertragung entweder mit Hilfe der Gravitation oder der Quantenverschränkung zu beschreiben. Die Wissenschaftler von Google konnten für diese Aufgabe ihren Quantencomputer Sycamore einsetzen.

„Wir haben eine Art Quantenteleportation durchgeführt, die einem durchquerbaren Wurmloch im Gravitationsbild entspricht“, so Alexander Zlokapa, Doktorand am MIT und Mitglied des Teams, in der Mitteilung. „Dazu mussten wir das Quantensystem auf das kleinste Beispiel vereinfachen, das die Eigenschaften der Gravitation beibehält, damit wir es auf dem Sycamore-Quantenprozessor von Google implementieren konnten.“

Ein Quantenbit (Qubit) wurde in ein einziges Quantensystem eingeführt, und die Wissenschaftler sahen dann, wie Daten das System verließen.

Ihrem Papier zufolge hatte die Information, die sie in ein Quantensystem eingebracht hatten, das andere System durch das Quantengegenstück eines Wurmlochs verlassen.

Die Forscher fügten hinzu, dass die Teleportation der Quanteninformation sowohl mit den quantenphysikalischen Erwartungen als auch mit dem Gravitationswissen darüber, wie sich ein Gegenstand durch ein Wurmloch bewegt, übereinstimmt.

Um zu sehen, wie sich diese Quanteninformationsübertragung in einer komplizierteren experimentellen Umgebung entwickeln könnte, will das Team immer fortschrittlichere Quantengeräte konstruieren. Es ist 87 Jahre her, dass Einstein und seine Mitarbeiter Wurmlöcher zum ersten Mal beschrieben haben; vielleicht haben die Wissenschaftler bis zum 100sten Geburtstag des Konzepts herausgefunden, wie sie funktionieren.

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