Quantencomputer kann jetzt ein Wurmloch simulieren

Das erste Experiment in der Geschichte, in dem getestet wurde, ob Gravitation und Quantenphysik miteinander vereinbar sind, wurde durch die Simulation von zwei schwarzen Löchern durchgeführt, die von einem Quantencomputer erzeugt wurden, um das theoretische Verhalten eines Wurmlochs zu erforschen. Wir haben uns über alle Einzelheiten der Studie informiert.

Wurmlöcher sind Brücken zwischen zwei entfernten Regionen in der Raumzeit. Die Physiker Albert Einstein und Nathan Rosen haben sie 1935 zum ersten Mal beschrieben, weshalb sie auch als “Einstein-Rosen-Brücken” bekannt sind. Es handelt sich allerdings in jeder Hinsicht nur um eine Theorie, denn experimentell wurden sie bis jetzt noch nie “physikalisch” beobachtet.

Das neueste Experiment

Fast ein Jahrhundert später, im Jahr 2013, stellten die Physiker Juan Maldacena und Leonard Susskind dann die Theorie auf, dass Wurmlöcher und insbesondere das Verschränkungsphänomen der Quantenphysik, demzufolge zwei Teilchen Korrelationen aufrechterhalten können, auch wenn sie sich in großer Entfernung voneinander befinden, eine Verbindung haben können.

Vier Jahre später, im Jahr 2017, vertieften und erweiterten die Forscher Gao, Jafferis und Wall das Konzept der Tunneldurchquerbarkeit von einem Ende zum anderen, indem sie eine Gravitationsbeschreibung durchführten und zeigten, dass das der sogenannten Quantenteleportation entspricht. An diesem Punkt setzte das neue Experiment seine Untersuchung der Vereinbarkeit von Schwerkraft und Quantenphysik fort.

3D illustration tunnel or wormhole, tunnel that can connect one universe with another. Abstract speed tunnel warp in space, wormhole or black hole, scene of overcoming the temporary space in cosmos.

Forscher schicken Nachricht zwischen schwarzen Löchern hin und her

Das Experiment, dessen Studie in Nature veröffentlicht wurde, untersuchte die Gleichwertigkeit von Wurmlöchern und Quantenteleportation. Die untersuchte Hypothese lautete, ob Informationen, die sich durch den Raum bewegen, in der Sprache der Wurmlöcher, d. h. in der Sprache der Schwerkraft, oder in der Sprache der Verschränkung, d. h. der Quantenphysik, beschrieben werden können.

Jetzt ist es den Forschern von Caltech gelungen, sowas wie ein „Mini-Wurmloch“ zu simulieren. Das heißt, dass die Wissenschaftler “zwei winzige simulierte schwarze Löcher in einem Quantencomputer” erschaffen haben. Und dann haben sie es auch noch geschafft, eine Nachricht zwischen den zwei schwarzen Löchern durch einen Tunnel in der Raumzeit zu übertragen.

Der Quantencomputer, der für das Experiment verwendet wurde, war der Sycamore 2 von Google mit 72 Qubits, von denen nur neun verwendet wurden, um die Interferenzen und das Rauschen im System zu reduzieren.

“Diese Arbeit”, so Maria Spiropulu, Managerin am California Institute of Technology (oder kurz Caltech), einem Partner des Projekts, “ist ein Schritt in Richtung eines umfassenderen Programms zur Untersuchung der Physik der Quantengravitation mithilfe eines Quantencomputers. Die anderen an dem Experiment beteiligten Parteien sind die Harvard University, das Massachusetts Institute of Technology (MIT), Google Quantum AI und Fermilab.

Joseph Lykken von Fermilab erklärte: „Es gibt einen Unterschied zwischen etwas, das im Prinzip möglich ist und etwas, das in der Realität möglich ist.“ Der Physiker sagte, “dass man sich nicht darauf versteifen sollte, seinen Hund durch das Wurmloch zu schicken.” „Aber irgendwo muss man ja anfangen. Und ich denke, es ist einfach aufregend, dass wir überhaupt in der Lage sind, damit zu arbeiten.“