Quantencomputer simuliert erstmals Phänomen der Teilchenphysik

Der Quantenfeldtheorie zufolge können aus dem Vakuum spontan Teilchen-Antiteilchen-Paare entstehen. Aufgrund seiner Komplexität lässt sich dieses Phänomen auf klassischen Computern nur bedingt berechnen. Innsbrucker Physikern ist es nun erstmals gelungen, mit einem Quantencomputer die spontane Entstehung von Teilchenpaaren zu simulieren, berichten sie im Fachjournal „Nature“. Im Vakuum gibt es keine Teilchen, aber die Energie des leeren Raums kann nie gleich null sein: Sogenannte Quantenfluktuationen führen zu Energiefluktuationen und aufgrund der Äquivalenz von Masse und Energie, die sich in Albert Einsteins berühmter Formel E=mc2 zeigt, können daher spontan Teilchen-Antiteilchen-Paare entstehen. Dynamische Prozesse wie die spontane Entstehung von Teilchen-Antiteilchen-Paaren oder die Kollision von Elementarteilchen lassen sich auf klassischen Computern nur schwer simulieren, solche Berechnungen stoßen sehr rasch an Grenzen. „Deshalb existiert schon seit mehreren Jahren die Idee, solche Phänomene auf einem Quantensimulator zu simulieren, da hat sich ein eigenes kleines Wissenschaftsfeld gebildet“, erklärte die theoretische Physikerin Christine Muschik vom Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Innsbruck. Foto: IQOQI/Harald Ritsch