Quantenphysiker lassen Computerprogramm Experimente entwerfen

22. Februar 2016, 17:55
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Wiener Forscher entwickelten Computeralgorithmus, der erfolgreich neue Versuchsideen vorschlägt

Wien – Wochenlang haben Wiener Physiker vergeblich überlegt, wie sie einen speziellen Quantenzustand erzeugen könnten. Bis es Mario Krenn aus Anton Zeilingers Gruppe reichte und er ein Computerprogramm schrieb, das völlig unvoreingenommen eine Lösung suchen sollte. Mit Erfolg, wie die Forscher im Fachjournal "Physical Review Letters" berichten. Es schlug eine unkonventionelle, aber sinnvolle Lösung vor.

Auf die Idee kamen die Forscher, als sie einen neuen Quantenzustand im Labor untersuchen wollten, jedoch kein entsprechendes Experiment für dessen Erzeugung finden konnten. "Nach vielen erfolglosen Versuchen, eine experimentelle Implementation zu finden, kamen wir zum Schluss, dass unsere menschliche Intuition zu diesem Phänomen die falsche Herangehensweise war", so Krenn. Also probierte man zufällige Kombinationen von Bauelementen aus. "Und das ist etwas, was ein Computer auch kann – jedoch tausende Male schneller", so Krenn.

Überraschende Vorschläge

Und tatsächlich: Nach wenigen Stunden hatte der Computer-Algorithmus – genannt Melvin – die Antwort gefunden. Der Vorschlag des Programms war durchaus überraschend, sagte Anton Zeilinger: "Ein Mensch würde sich bei einem Experiment intuitiv Anordnungen überlegen, welche die Symmetrie des Zustandes reflektieren. Melvin hat uns jedoch gezeigt, dass die einfachsten Realisierungen durchaus asymmetrisch, und daher nicht intuitiv sein können. Ein Mensch würde wahrscheinlich nicht auf diese Lösung kommen."

Mit der von Melvin vorgeschlagenen Lösung ist es den Physikern gelungen, Vorstufen zum ursprünglichen Ziel einer Vielteilchen-Verschränkung in mehreren Dimensionen zu realisieren. Sie haben das Programm aber auch für andere Fragen angewendet und so neue, teilweise überraschende Antworten bekommen. "Dadurch konnten wir einige neue experimentelle Tricks im Labor umsetzen, an die wir zuvor nicht gedacht hatten", sagte Krenn.

Melvin kann von bereits erzielten Ergebnissen lernen, was die Lösungsmöglichkeiten für kompliziertere Fragen deutlich erhöht. Nun soll das Programm aber auch für allgemeinere Fragen in der Quantenphysik genutzt werden. Krenn hat Melvin in der Publikation sehr detailliert beschrieben, andere Physiker könnten so eigene Versionen des Programms entwickeln. (APA, red, 22.2.2016)

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