De fundamentele wetten van de fysica zijn gebaseerd op symmetrieën die de interacties tussen geladen deeltjes bepalen, onder andere. Met behulp van ultrakoude atomen, onderzoekers van de Universiteit van Heidelberg hebben experimenteel de symmetrieën van kwantumelektrodynamica geconstrueerd. Ze hopen nieuwe inzichten te krijgen voor het implementeren van toekomstige kwantumtechnologieën die complexe fysieke verschijnselen kunnen simuleren. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

De theorie van de kwantumelektrodynamica houdt zich bezig met de elektromagnetische interactie tussen elektronen en lichtdeeltjes. Het is gebaseerd op de zogenaamde U(1)-symmetrie, die, bijvoorbeeld, specificeert de beweging van deeltjes. Met hun experimenten, de Heidelbergse natuurkundigen, onder leiding van Junior Professor Dr. Fred Jendrzejewski, trachten het efficiënte onderzoek van deze complexe fysische theorie vooruit te helpen. Ze hebben onlangs experimenteel één elementaire bouwsteen gerealiseerd. "We zien de resultaten van ons onderzoek als een grote stap in de richting van een platform dat is opgebouwd uit een keten van goed verbonden bouwstenen voor een grootschalige implementatie van kwantumelektrodynamica in ultrakoude atomen, " legt prof. Jendrzejewski uit, die een Emmy Noether-groep leidt aan het Kirchhoff Institute for Physics van de Universiteit van Heidelberg.

Volgens de onderzoekers is een mogelijke toepassing zou het ontwikkelen van grootschalige kwantumapparaten zijn om complexe fysieke fenomenen te simuleren die niet kunnen worden bestudeerd met deeltjesversnellers. De elementaire bouwsteen die voor dit onderzoek is ontwikkeld, zou ook ten goede kunnen komen aan het onderzoek naar problemen in materiaalonderzoek, zoals in sterk op elkaar inwerkende systemen die moeilijk te berekenen zijn.