Digitaler Quantensimulator wurde entwickelt!
Physikalische Phänomene werden oft mit Hilfe von Gleichungen beschrieben, die zu kompliziert zum Lösen sind. So nutzen die Physiker zu diesem Zweck Computermodellsimulationen. Diese Methode ist jedoch aufgrund der begrenzten Rechenleistung klassischer Computer nicht auf Quantensysteme anwendbar. Die Anzahl der Parameter und Gleichungen, die einen Quantenzustand und seine Dynamik beschreiben, wächst mit der Zahl der beteiligten Teilchen exponentiell. Die an den Projekt "Universal quantum simulation with trapped ions" (UQSI) arbeitenden Wissenschaftler erkundeten nun einen alternativen Ansatz für Quantensysteme. Insbesondere bauten sie ein in hohem Maße steuerbares Quantensystem, das die Simulationen ausführen kann. Dieser Quantensimulator basiert auf einer Kette aus sechs Kalziumionen. Die mathematische Beschreibung des zu untersuchenden Phänomens wird unter Einsatz einer Reihe von Laserimpulsen programmiert, um die Quantenberechnungen mit Ionen durchzuführen. Die stark abgekühlten und elektrisch eingefangenen Kalziumatome wurden als Träger von Quantenbits (Qubits) verwendet. Der Anfangszustand des zu erforschenden Systems war in diesen Qubits verschlüsselt. Seine Dynamik wurden anhand einer Folge aus 100 Quantengattern angenähert. Eine Vollzeitevolution von Netzwerken aus wechselwirkenden Teilchen, die Modelle des Magnetismus sind und eine reiche Dynamik aufweisen, wurde auf wirkungsvolle Weise simuliert. Ein zusätzlicher Bonus ist die Möglichkeit der Programmierung des USQI-Quantensimulators zur Simulierung jeglichen physikalischen Systems. Forscher an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Innsbruck setzen derzeit die nächste Generation von Quantensimulationen unter Einsatz von bis zu 50 Kalziumionen im USQI-Simulator um. Die im Rahmen des USQI-Projekts durchgeführten Forschungsarbeiten wurde online im Fachjournal Science(öffnet in neuem Fenster) veröffentlicht und außerdem auf mehreren internationalen Konferenzen vorgestellt.
