Aalto-onderzoekers hebben een IBM-kwantumcomputer gebruikt om een ​​over het hoofd gezien gebied van de natuurkunde te verkennen, en hebben 100 jaar oude ideeën over informatie op kwantumniveau uitgedaagd.

De regels van de kwantumfysica, die bepalen hoe zeer kleine dingen zich gedragen, gebruik wiskundige operatoren die Hermitische Hamiltonianen worden genoemd. Hermitische operatoren ondersteunen de kwantumfysica al bijna 100 jaar, maar onlangs, theoretici hebben zich gerealiseerd dat het mogelijk is om de fundamentele vergelijkingen uit te breiden tot het gebruik van Hermitische operatoren die niet Hermitisch zijn. De nieuwe vergelijkingen beschrijven een universum met zijn eigen bijzondere regels:door in de spiegel te kijken en de richting van de tijd om te keren, je zou dezelfde versie van jezelf moeten zien als in de echte wereld. In hun nieuwe krant een team van onderzoekers onder leiding van Docent Sorin Paraoanu gebruikte een kwantumcomputer om een ​​speelgoeduniversum te creëren dat zich volgens deze nieuwe regels gedraagt. Het team bestaat uit Dr. Shruti Dogra van Aalto University, eerste auteur van het artikel, en Artem Melnikov, van MIPT en Terra Quantum.

De onderzoekers maakten qubits, het deel van de kwantumcomputer dat berekeningen uitvoert, zich gedragen volgens de nieuwe regels van de niet-Hermitische kwantummechanica. Ze demonstreerden experimenteel een aantal opwindende resultaten die verboden zijn door de reguliere Hermitische kwantummechanica. De eerste ontdekking was dat het toepassen van bewerkingen op de qubits de kwantuminformatie niet in stand hield - een gedrag dat zo fundamenteel is voor de standaard kwantumtheorie dat het resulteert in momenteel onopgeloste problemen zoals de informatieparadox over zwarte gaten van Stephen Hawking. Het tweede opwindende resultaat kwam toen ze experimenteerden met twee verstrengelde qubits.

Verstrengeling is een soort correlatie die optreedt tussen qubits, alsof ze een magische verbinding hebben waardoor ze zich synchroon met elkaar gedragen. Einstein was beroemd ongemakkelijk met dit concept, verwijzend naar het als "spookachtige actie op afstand." Onder de reguliere kwantumfysica, het is niet mogelijk om de mate van verstrengeling tussen twee deeltjes te veranderen door zelf met een van de deeltjes te knoeien. Echter, in niet-Hermitische kwantummechanica, de onderzoekers waren in staat om de mate van verstrengeling van de qubits te veranderen door slechts één ervan te manipuleren, een resultaat dat uitdrukkelijk verboden is in de reguliere kwantumfysica.

"Het opwindende aan deze resultaten is dat kwantumcomputers nu voldoende ontwikkeld zijn om ze te gaan gebruiken voor het testen van onconventionele ideeën die tot nu toe alleen wiskundig waren, " zei Sorin Paraoanu. "Met het huidige werk, Einsteins 'spookachtige actie op afstand' wordt nog griezeliger. En hoewel we heel goed begrijpen wat er aan de hand is, het geeft je nog steeds de rillingen."

Het onderzoek heeft ook potentiële toepassingen. Verschillende nieuwe optische of op microgolven gebaseerde apparaten die de afgelopen tijd zijn ontwikkeld, lijken zich volgens de nieuwe regels te gedragen. Het huidige werk maakt de weg vrij om deze apparaten op kwantumcomputers te simuleren.

De krant, "Kwantumsimulatie van het breken van pariteitssymmetrie met een supergeleidende kwantumprocessor, " is gepubliceerd in Communicatie Fysica .