24/02/2011 - Erster Quantensimulator, der mit der Umwelt verbunden ist

Menéame

In einem internationalen Anfang haben österreichische Quantenphysiker ein Werkzeug für die Herstellung von Elementarteilen für den Bau eines offenen Quantensimulators hergestellt, der eine umweltfreundliche Verbindung auf vorteilhafte Weise nutzt. Dies bietet neue Möglichkeiten für die Untersuchung des Verhaltens komplexer Quantensysteme.

Forscher haben ihre Arbeit bei Nature veröffentlicht. Viele Phänomene in unserer Welt basieren auf der Natur der Quantenphysik: die Struktur von Atomen und Molekülen, chemische Reaktionen, materielle Eigenschaften, Magnetismus und möglicherweise auch bestimmte biologische Prozesse.

Da die Komplexität der Phänomene exponentiell mit mehr Quantenpartikeln zunimmt, erreicht eine detaillierte Untersuchung dieser komplexen Systeme rasch ihre Grenzen, und herkömmliche Computer scheitern, wenn sie versuchen, diese Probleme zu berechnen.

Um diese Schwierigkeiten zu lösen, haben Physiker Quantensimulatoren auf verschiedenen Plattformen entwickelt, wie neutrale Atome, Ionen oder Systeme im festen Zustand, die ähnlich wie Quantencomputer die besondere Natur der Quantenphysik verwenden, um diese Komplexität zu kontrollieren.

In diesem Bereich ist ein Team junger Wissenschaftler aus den Forschungsgruppen von Rainer Blatt und Peter Zoller, dem Institut für Experimentalphysik und Theoretische Physik der Universität von Inssbruck und dem Quantenoptik-Institut und Quanteninformation der österreichischen Akademie der Wissenschaften, die ersten, die ein umfassendes Werkzeug für einen offenen Quantencomputer entwickelt haben, der Forscher in die Lage versetzen wird, ausgefeiltere Quantensimulatoren für die Erforschung komplexer Probleme in Quantenphysik zu bauen.

VERWALTUNG DER KONTROLLE DER VERABREICHUNG

Physiker verwenden ein natürliches Phänomen in ihren Experimenten, die gewöhnlich versuchen, so viel wie möglich zu minimieren: Umweltstörungen. Solche Störungen führen gewöhnlich zu Informationsverlusten in Quantensystemen und zerstören zerbrechliche Quanteneffekte wie Verzahnung oder Interferenzen. In der Physik wird dieser Zersetzungsprozess als Zersetzung bezeichnet. Die Forscher von Inssbruck, geleitet von den Physikern Julio Barreiro und Phillip Schindlerasi als Theoriker Markus Müller, waren die ersten, die die Dissispation in einem Quantensimulator mit positiven Ionen und die Verbindung von Ingenieur-und Umweltsystem experimentell gefangen verwenden.

"Wir kontrollieren nicht nur alle inneren Zustände des Quantensystems, die aus mehr als vier Ionen bestehen, sondern auch die Verbindung mit der Umwelt," erklärt Julio Barreiro. "In unserem Experiment verwenden wir ein zusätzliches Ion, das mit dem Quantensystem interagiert und gleichzeitig einen kontrollierten Kontakt mit der Umwelt herstellt," erklärt Philipp Schindler. Das überraschende Ergebnis ist, dass die Forscher durch die Verwendung von Ablösung in der Lage sind, Quanteneffekte zu erzeugen und zu verstärken, wie die Verzahnung in das System. "Wir haben dies durch die Kontrolle der störenden Umgebung erreicht," erklärt ein begeisterter Müller.

DIE QUANTISCHE WELT IN OREN

In einem ihrer Experimente zeigen die Forscher die Kontrolle über die Dislozierungsdynamik durch Verwickeln von vier Ionen unter Verwendung des Umweltion. "Im Gegensatz zu anderen gemeinsamen Verfahren funktioniert dies auch unabhängig vom Ausgangszustand jedes Teilchens," erklärt Muller. "Durch einen Prozess der kollektiven Aufklärung werden die Partikel in einen gemeinsamen Zustand gelenkt." Dieses Verfahren kann auch verwendet werden, um viele andere Zustände der Körper vorzubereiten, die sonst nur in einem extrem isolierten Quantensystem erstellt und beobachtet werden konnten.

Die positive Nutzung eines Umweltklimas ermöglicht die Realisierung neuer Arten von Quantendynamik und die Erforschung von Systemen, die bisher für Experimente nur schwer zugänglich waren. In den letzten Jahren wurde ständig darüber nachgedacht, wie die Auflösung, statt sie zu beseitigen, als Ressource für den Bau von Computern und Quantenspeichern genutzt werden könnte. Theoretische und experimentelle Physiker von Inssbruck arbeiteten eng zusammen

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