Quanteninternet: Ein neuer Ansatz zur Vereinigung von Quantenmechanik und Relativitätstheorie

LONDON (IT BOLTWISE) – Die Verschmelzung von Quantenmechanik und Einsteins Relativitätstheorie ist seit langem ein Traum der Physik. Ein neuer Ansatz könnte nun den Weg ebnen, indem er die Technologie des Quanteninternets nutzt, um diese beiden fundamentalen Theorien zu vereinen.

Seit über einem Jahrhundert verlassen sich Physiker auf zwei separate Regelwerke, um die Natur zu beschreiben: die Quantenmechanik, die sich hervorragend zur Erklärung von Atomen und Photonen eignet, und Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, die beschreibt, wie Planeten und Sterne das Raum-Zeit-Gefüge krümmen. Beide Theorien sind in ihrem jeweiligen Bereich äußerst präzise, doch eine Vereinigung in einer einzigen Gleichung blieb bisher unerreichbar.

Ein neuer Vorschlag könnte nun einen praktischen Weg zur Schließung dieser Lücke bieten. Die Idee besteht darin, drei ultrafeine Atomuhren mit der Quanteninternet-Technologie zu verbinden und entlang eines Berges zu verteilen. Wenn das Experiment gelingt, könnte es zeigen, ob Quantenmechanik und Relativitätstheorie tatsächlich koexistieren können.

Die Idee stammt von Igor Pikovski vom Stevens Institute of Technology, Jacob Covey von der University of Illinois Urbana-Champaign und Johannes Borregaard von der Harvard University. Ihr kürzlich in PRX Quantum veröffentlichter Artikel beschreibt einen detaillierten Plan, um Quantenvernetzung mit Präzisionsmetrologie zu kombinieren. Pikovski betont, dass das Zusammenspiel von Quantentheorie und Gravitation eines der faszinierendsten Probleme der heutigen Physik ist.

Atomuhren sind bereits das Rückgrat von GPS-Satelliten und der globalen Zeitmessung, da sie nur eine Sekunde in einer Milliarde Jahren verlieren. In dem neuen Schema werden drei solcher Uhren in unterschiedlichen Höhen platziert, um die winzigen Zeitverschiebungen zu verstärken, die durch die Relativitätstheorie vorhergesagt werden.

Um die drei Uhren als ein kohärentes Gerät zu betreiben, setzen die Forscher auf einen hochresilienten verschränkten W-Zustand. Diese Verschlüsselung ermöglicht es, Zeitinformationen zu teleportieren, sodass die Wissenschaftler die getrennten Teile ohne physische Bewegung der Hardware wieder zusammenführen können.

Die entfaltete Uhr sammelt an jedem Knoten eine leicht unterschiedliche Phase, da der lokale Zeitfluss nicht identisch ist. Wenn diese Phasen durch Teleportation wieder zusammengeführt werden, sollte das Interferenzmuster drei unterschiedliche Schläge anzeigen. Ihre Abstände kodieren die Höhenunterschiede und den kombinierten Effekt von Quantensuperposition und gekrümmter Raum-Zeit.

Über den Beweis des Prinzips hinaus könnte der Test langjährige Spekulationen auf eine festere Grundlage stellen. Pikovski erklärt, dass wir annehmen, dass die Quantentheorie überall gilt, aber wir wissen es nicht wirklich. Eine messbare Abweichung könnte auf neue Physik hindeuten, während eine perfekte Übereinstimmung die Grenzen für mögliche Anpassungen der Quanten-Gravitation erheblich einschränken würde.

Die Werkzeuge, die für das Experiment entwickelt werden, spiegeln die Hardware wider, die auf ein sicheres Quanteninternet zusteuert. Indem diese Technologien für die Grundlagenforschung genutzt werden, gewinnt die Gemeinschaft einen doppelten Vorteil: Die Technologie wird einem anspruchsvollen Feldtest unterzogen, und die Grundlagenwissenschaft erreicht weit über ein konventionelles Labor hinaus.

Unseren KI-Morning-Newsletter «Der KI News Espresso» mit den besten KI-News des letzten Tages gratis per eMail - ohne Werbung: Hier kostenlos eintragen!