Quantensimulation beleuchtet Stabilität des Universums und Quantencomputing

Physiker haben den Zerfall eines falschen Vakuums, ein potenziell universumsveränderndes Ereignis, mithilfe von Quanten-Annealing simuliert. Diese Forschung, die an der Jülich Unified Infrastructure for Quantum Computing (JUNIQ) in Deutschland durchgeführt wurde, bietet Einblicke in die grundlegende Natur des Kosmos und hat Auswirkungen auf die Weiterentwicklung von Quantencomputertechnologien. Die Simulation, die einen D-Wave-Quanten-Annealer mit 5.564 supraleitenden Fluss-Qubits verwendete, modellierte das Verhalten eines Quantum-Ising-Modells, um den Zerfall eines falschen Vakuumzustands zu beobachten. Laut Professor Zlatko Papic von Leeds könnte dieser Prozess theoretisch das gesamte Universum umstrukturieren, grundlegende Konstanten augenblicklich verändern und die Welt, wie wir sie kennen, zum Einsturz bringen. Das Team beobachtete die Bildung und Interaktion von Blasen des wahren Vakuums innerhalb des falschen Vakuums, ein Phänomen, das mit der Bildung von Blasen in einer unterkühlten Flüssigkeit verglichen wird. Dieser "Quantentanz" von Blasen, bei dem größere Blasen kleinere absorbieren, bietet eine Echtzeitansicht von Quantentunnelereignissen und könnte Theorien über Phasenübergänge im frühen Universum verfeinern. Dr. Jean-Yves Desaules vom ISTA verglich den Prozess mit dem Tunneln des Universums zwischen Energiezuständen, was potenziell zu einem katastrophalen globalen Ereignis führen könnte. Das Experiment bestätigte auch theoretische Vorhersagen über den Kibble-Zurek-Mechanismus, der beschreibt, wie Phasenübergänge Defekte und Fluktuationen in einem System erzeugen. Über die Kosmologie hinaus hat die Forschung bedeutende Auswirkungen auf das Quantencomputing. Die Simulation von Quantenfeldtheorien mithilfe von Annealern könnte Fortschritte in der Materialwissenschaft, Kryptographie und künstlichen Intelligenz vorantreiben. Dr. Jaka Vodeb vom Forschungszentrum Jülich betonte das Potenzial von Quanten-Annealern zur Untersuchung von Quantensystemen und Nichtgleichgewichts-Phasenübergängen. Die Fähigkeit, grundlegende Prozesse wie den Vakuumzerfall mithilfe von Quantengeräten zu simulieren, könnte auch eine Alternative zu massiven Hochenergiephysik-Anlagen bieten. Professor Papic merkte an, dass diese Werkzeuge als Labor zum Verständnis dynamischer Prozesse im Universum dienen könnten. Die Erkenntnisse, die aus der Untersuchung von Blaseninteraktionen in Quantensystemen gewonnen werden, könnten auch die Leistung des Quantencomputings verbessern, indem sie die Art und Weise verfeinern, wie Qubits Fehler verwalten und Informationen verarbeiten.