Stel je voor dat je vastzit in een doolhof en je weg naar buiten wilt vinden. Hoe zou je verder gaan? Het antwoord is vallen en opstaan. Dit is hoe traditionele computers met klassieke algoritmen werken om de oplossing voor een complex probleem te vinden. Overweeg nu dit:wat als, door magie, je jezelf in meerdere versies kon klonen zodat je alle verschillende paden tegelijkertijd kon doorlopen? Je zou de uitgang vrijwel direct vinden.

Het blijkt dat we het niet over magie hebben - we hebben het over atomaire en subatomaire deeltjes. Een elektron, bijvoorbeeld, kan op meerdere plaatsen tegelijk zijn. Dit is een fundamenteel natuurprincipe dat in de kwantummechanica bekend staat als het superpositieprincipe.

Nutsvoorzieningen, stel je voor dat we profiteren van dit principe en het toepassen op onze klassieke simulatoren en computers. Stel je voor hoe veel efficiënter we zouden zijn in informatieverwerking!

Dit is het principe achter kwantumcomputers en kwantumsimulators. In essentie, kwantumcomputers gebruiken het vermogen van subatomaire deeltjes om op meer dan één plaats tegelijk te bestaan.

Quantumsimulatoren zijn niet alleen goed voor efficiëntie in doorlooptijden, maar ze zijn de "natuurlijke" keuze om eenvoudige en complexe systemen in de natuur te simuleren. Dit is een direct gevolg van het feit dat de natuur uiteindelijk wordt beheerst door de wetten van de kwantummechanica.

Kwantumsimulators bieden ons een uitstekende mogelijkheid om fundamentele aspecten van de natuur te simuleren en hun verborgen dynamiek te begrijpen zonder zelfs maar te kijken naar de complexiteit die voortkomt uit de verschillende deeltjes en hun interacties. Dit is precies de drijfveer achter het onderzoek van professor Ebrahim Karimi en zijn team.

Karimi's team simuleert periodieke en gesloten structuren in de natuur, zoals ringvormige moleculen en kristalroosters, door een beroep te doen op de kwantummechanische eigenschappen van licht. De resultaten kunnen ons helpen de dynamiek van dergelijke systemen te begrijpen en de mogelijkheid openen voor het ontwikkelen van efficiënte, op fotonische gebaseerde kwantumcomputers.

Het team van Karimi heeft met succes de allereerste kwantumsimulator gebouwd en gebruikt die speciaal is ontworpen voor het simuleren van cyclische (ringvormige) systemen. Een kwantumsimulator simuleert een kwantumsysteem. Het team gebruikte het kwantum van licht (foton) om de kwantumbeweging van elektronen in ringen van verschillende aantallen atomen te simuleren. De resultaten van het experiment lieten zien dat de fysica van ringvormige systemen fundamenteel verschilt van die van lijnvormige systemen.

Daarbij, het team ontwikkelde een krachtige experimentele techniek om een ​​brede klasse van atomaire systemen te simuleren en opende een nieuw venster om de vele mogelijkheden te verkennen die het resultaat waren van zijn werk.

"Wij anticiperen daarop, binnen een korte tijdsperiode, ons onderzoek zal een zeer grote impact hebben in verschillende disciplines, variërend van geneeskunde tot informatica, van organische chemie en biologie tot materiaalkunde en fundamentele fysica, " zegt Dr. Farshad Nejadsattari, een van Karimi's postdoctorale fellows, die deel uitmaakte van het project.

In een kwantumsimulator een kwantumdeeltje dat gemakkelijk kan worden gecontroleerd en fysiek goed wordt begrepen (in ons geval een deeltje van licht, een foton) mag zich voortplanten in een systeem dat is ontworpen om vergelijkbaar te zijn met het systeem dat wordt gesimuleerd.

Enkele interessante ontdekkingen van dit experiment zijn het vinden van specifieke manieren om het deeltje op de ring te verdelen, zodat de verdeling nooit verandert als het deeltje zich voortplant, en ook het vinden van gevallen waarbij het deeltje zich eerst op de ring verspreidt en vervolgens weer tevoorschijn komt op de plaats waar het oorspronkelijk was geplaatst. Dit is nog nooit experimenteel gezien in een kwantumsimulator.

Nu kwantumsimulatietechnieken volwassener en complexer worden, nieuwe materialen synthetiseren, de ontwikkeling van chemicaliën en medicijnen zal sterk worden vereenvoudigd. De kwantumsimulator helpt u in een oogwenk alle informatie te verstrekken die u nodig heeft.