30.01.2020

In höheren Dimensionen

Quantenoptische Wellenleiter bringen Photonen in höherdimensionale Dimensionen.

Quantenoptiker der Universität Rostock realisieren höhere synthetische Dimensionen mittels quantenoptischen Wellenleitern. Damit wird es möglich, hochkomplexe Wechsel­wirkungen, wie sie für das Verständnis von Gehirnvorgängen erforderlich sind, zu simulieren und zukünftig leistungsfähigere optische Quanten­computer zu entwickeln. „Mit diesen Experimenten erforschen wir die technischen Grundlagen für künstliche Intelligenz (KI) und so einen wesentlichen Teil der menschlichen Zukunft“, sagt Szameit. Was gibt den Rostocker Wissenschaftlern die Zuversicht, auf dem richtigen Weg zu sein?
 

Abb.: Alexander Szameit (r.) bespricht mit Lukas Maczewsky im Laserlabor der...
Abb.: Alexander Szameit (r.) bespricht mit Lukas Maczewsky im Laserlabor der Universität Rostock den experimentellen Aufbau. (Bild: U. Rostock / ITMZ)

Quantenoptiker der Universität Rostock realisieren höhere synthetische Dimensionen mittels quanten­optischen Wellenleitern. Damit wird es möglich, hochkomplexe Wechsel­wirkungen, wie sie für das Verständnis von Gehirn­vorgängen erforderlich sind, zu simulieren und zukünftig leistungsfähigere optische Quantencomputer zu entwickeln. „Mit diesen Experimenten erforschen wir die technischen Grundlagen für künstliche Intelligenz (KI) und so einen wesentlichen Teil der menschlichen Zukunft“, sagt Szameit. Was gibt den Rostocker Wissenschaftlern die Zuversicht, auf dem richtigen Weg zu sein?

Gemeinsam mit Kollegen aus Australien und den USA haben die Physiker erstmals eine Möglichkeit entwickelt, wie sich Lösungen in höheren Dimensionen auf den uns bekannten dreidimensionalen Raum übertragen lassen. Das Licht, so die Rostocker Physiker, sei dabei nur ein Werkzeug, dass sich über das ausgeklügelte Design der lichtleitenden Wellen­leiter­struktur in Glas-Chips besonders einfach manipulieren lasse. Es zeige aber Grundsätzliches. Aufgaben­stellungen, die manche bisher als akademische Gedanken­spielereien mathematischer Nerds angesehen haben, erhalten mit den neuen Experimenten auf einen Schlag eine ungeahnte Relevanz für den technischen Fortschritt und irgendwann für unser alltägliches Leben. 

„Mit der Methode der Simulation höherer Dimensionen in Lichtwellenleitern haben wir den Schlüssel zur Zukunft von Quantencomputern in der Hand“, ist sich Maczewsky sicher. Diese neue Generation von Computern werde nicht mit Strom, sondern mit Licht rechnen und deshalb viel schneller sein. Mit dem Umweg über die höheren Dimensionen lassen sich Baupläne für den Quantencomputer und vieles mehr im realen Raum entwickeln. Dazu mussten die Wissenschaftler beweisen, dass die Ergebnisse der Messungen tatsächlich Resultat der korrekten Manipulation des Lichtes gemäß den hoch­dimensionalen Gleichungen sind. Das ist ihnen nun gelungen. Wenn die Physiker das Licht im Labor durch die Wellenleiter in den Glas-Chips schicken, kommt es am anderen Ende wieder verändert heraus. Anhand der Muster auf dem Monitor können die Physiker beweisen, dass sich das Licht in einem höher­dimensionalen Raum aufgehalten hat. 

„Die Experimente von Szameits Arbeitsgruppe sind hilfreich für das Verständnis, wie in höheren Dimensionen die Dynamik von Photonen aussehen könnte“, sagt der Direktor des Rostocker Institutes für Physik, Stefan Scheel. Selbst für die Fachwelt seien die Erkenntnisse jedoch völlig neu und noch nicht verstanden. Noch stecke alles in den Kinderschuhen, aber zukünftig werde es möglich sein, mit optischen Quanten­computern Gehirnvorgänge nachzubauen. 

U. Rostock / DE
 

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