Könnten wir Computer bauen, die mit Raumzeit und Gravitation arbeiten?

BRÜSSEL / LONDON (IT BOLTWISE) – In der Welt der Physik und Informatik gibt es immer wieder neue Ansätze, die Grenzen des Möglichen zu erweitern. Ein solcher Ansatz ist die Idee, Raumzeit und Gravitation für die Informationsverarbeitung zu nutzen. Forscher in Belgien und der Schweiz haben einen mathematischen Test entwickelt, der das Potenzial hat, die Art und Weise, wie wir über Computer und Informationsverarbeitung denken, grundlegend zu verändern.

Die Frage, ob Raumzeit eine unveränderliche Größe ist oder ob sie durch massive Objekte verzerrt werden kann, um Signale zu beeinflussen, ist seit langem ein zentrales Thema in der Physik. Albert Einsteins spezielle Relativitätstheorie beschreibt die Raumzeit als statisch, während seine allgemeine Relativitätstheorie zeigt, dass massive Objekte die Raumzeit krümmen können. Diese Krümmung könnte den Weg eines Signals verändern, das in der Nähe vorbeizieht.

Eleftherios-Ermis Tselentis von der Brüsseler Polytechnischen Schule und Ämin Baumeler von der Universität Lugano haben nun einen mathematischen Test entwickelt, um festzustellen, ob die Raumzeit in einer bestimmten Region unveränderlich ist. Sie analysierten ein Szenario, in dem drei oder mehr Personen Informationen austauschen, und fragten sich, ob es möglich ist, dass eine der Personen die Art und Weise, wie Informationen reisen, durch die Verzerrung der Raumzeit verändern könnte.

Die Forscher entwickelten eine Gleichung, die es den Beteiligten ermöglicht, zu erkennen, wann solche Manipulationen der Raumzeit möglich sind. Nach mehreren Runden des Nachrichtenaustauschs könnten sie die empfangenen Nachrichten in die Gleichung einfügen, um herauszufinden, ob sie in einer Umgebung kommunizieren, in der die Manipulation der Raumzeit eine Option ist.

Diese Arbeit könnte ein erster Schritt in Richtung der Nutzung gravitativer Effekte für die Berechnung sein. Pablo Arrighi von der Universität Paris-Saclay betont, dass die Nutzung der allgemeinen Relativitätstheorie für die Informationsverarbeitung eine spannende Möglichkeit darstellt. Andere Forscher haben bereits extreme Ideen in Betracht gezogen, wie das Werfen eines Computers in ein Schwarzes Loch, um die Raumzeitverzerrung für Berechnungen zu nutzen.

Obwohl die Theorie vielversprechend ist, bleibt die praktische Umsetzung derzeit noch eine Herausforderung. Die Berechnungen basieren auf fantastischen Szenarien, wie der Bewegung eines ganzen Planeten, um die Raumzeit zu verzerren. Um praktische Anwendungen zu finden, müssen die Effekte der Gravitation auf viel kleineren Skalen besser verstanden werden.

Gravitation erzeugt bekanntermaßen schwache Signale, es sei denn, es handelt sich um extrem massive Objekte. Dennoch können einige Geräte, wie Uhren aus extrem kalten Atomen, diese Effekte erkennen. Zukünftige Entwicklungen solcher Geräte könnten in Kombination mit Fortschritten in der Theorie der Verbindung von Gravitation und Information zu praktischen Anwendungen führen.

Die Forschung könnte auch die Verbindung zwischen Informationstheorie und spezieller Relativitätstheorie beleuchten, insbesondere in Bezug auf Kausalität. V. Vilasini von der Universität Grenoble Alpes fragt sich, ob astrophysikalische Phänomene wie die Verschmelzung von Schwarzen Löchern, die Gravitationswellen erzeugen, physikalisch bedeutungsvolle Signaturen der in dieser Arbeit untersuchten Korrelationen enthalten könnten.

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