Wenn Mile Gu seinen neuen Computer hochfährt, kann er die Zukunft sehen. Mindestens 16 mögliche Versionen davon - alle gleichzeitig.
Gu, Assistenzprofessor für Physik an der Nanyang Technological University in Singapur, arbeitet im Bereich Quantencomputer. Dieser Wissenschaftszweig verwendet die seltsamen Gesetze, die die kleinsten Teilchen des Universums regeln, um Computern zu helfen, effizienter zu rechnen.
Im Gegensatz zu klassischen Computern, die Informationen als Bits speichern (Binärziffern von entweder 0 oder 1), codieren Quantencomputer Informationen in Quantenbits oder Qubits. Diese subatomaren Teilchen können dank der seltsamen Gesetze der Quantenmechanik in einer Überlagerung von zwei verschiedenen Zuständen gleichzeitig existieren.
So wie Schrödingers hypothetische Katze gleichzeitig tot und lebendig war, bis jemand die Schachtel öffnete, kann ein Qubit in einer Überlagerung sowohl 0 als auch 1 entsprechen, bis es gemessen wird. Das Speichern mehrerer unterschiedlicher Ergebnisse in einem einzigen Qubit kann im Vergleich zu herkömmlichen Computern eine Menge Speicherplatz sparen, insbesondere wenn es darum geht, komplizierte Vorhersagen zu treffen.
In einer Studie, die am 9. April in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, demonstrierten Gu und seine Kollegen diese Idee mithilfe eines neuen Quantensimulators, der die Ergebnisse von 16 verschiedenen Futures vorhersagen kann (das entspricht beispielsweise dem viermaligen Umwerfen einer Münze) eine Quantenüberlagerung. Diese möglichen Zukünfte wurden in einem einzelnen Photon (einem Quantenteilchen aus Licht) codiert, das sich auf mehreren Wegen gleichzeitig bewegte, während es durch mehrere Sensoren ging. Dann gingen die Forscher noch einen Schritt weiter, feuerten zwei Photonen nebeneinander ab und verfolgten, wie die potenziellen Zukünfte jedes Photons unter leicht unterschiedlichen Bedingungen auseinander gingen.
"Es ist ein bisschen wie Doctor Strange im Film 'Avengers: Infinity War'", sagte Gu zu Live Science. Vor einem Kampf in diesem Film freut sich der hellseherische Arzt rechtzeitig auf 14 Millionen verschiedene Zukünfte, in der Hoffnung, die zu finden, in der die Helden den großen Bösewicht besiegen. "Er führt eine kombinierte Berechnung all dieser Möglichkeiten durch, um zu sagen: 'OK, wenn ich meine Entscheidung auf diese kleine Weise geändert habe, wie sehr wird sich die Zukunft ändern?' Dies ist die Richtung, in die sich unsere Simulation vorwärts bewegt. "
Eine Quantenmünze werfen
Die Forscher testeten ihre Quantenvorhersage-Engine mit einem klassischen Modell, der gestörten Münze.
"Stellen Sie sich vor, es gibt eine Schachtel und darin befindet sich eine einzelne Münze", sagte Gu. "Bei jedem Schritt des Prozesses schüttelt jemand die Schachtel ein wenig, sodass die Münze nur eine geringe Wahrscheinlichkeit hat, zu werfen."
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Münzwurf, bei dem das Ergebnis immer die gleiche Chance hat, entweder Kopf oder Zahl zu sein, hängt das Ergebnis jedes gestörten Münzwurfs von dem Zustand ab, in dem sich die Münze im vorherigen Schritt befand. Wenn die Münze zum Beispiel beim dritten Schütteln der Schachtel von Kopf zu Zahl geworfen wird, bleibt der vierte Schütteln wahrscheinlich der Schwanz.
Die Forscher führten zwei verschiedene Versionen des Münzexperiments durch, eine, bei der die Schachtel etwas stärker wackelte, und eine andere mit schwächeren Wackeln. In jedem Experiment wurde die Schachtel viermal gewackelt, was 16 mögliche Kombinationen von Kopf und Zahl ergab. Nach dem vierten Schritt codierte das Team die Überlagerung aller 16 Ergebnisse in einem einzelnen Photon und zeigte gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit jedes möglichen Ergebnisses basierend auf der Stärke, mit der die Box geschüttelt wurde.
Schließlich kombinierte das Team die Überlagerungen der stark geschüttelten Münze und der schwach geschüttelten Münze, um eine Hauptkarte möglicher Zukünfte zu erstellen.
"Dies hat uns gezeigt, wie schnell die Zukunft auseinander ging, je nachdem, wie stark ich die Schachtel bei jedem Schritt geschüttelt habe", sagte Gu.
Derzeit kann der Simulator des Teams aufgrund von Einschränkungen der Rechenleistung nur 16 mögliche Zukünfte gleichzeitig anzeigen. Eines Tages jedoch, wenn Quantencomputer größer, leistungsfähiger und alltäglicher werden, könnten Simulatoren wie dieser erweitert werden, um unendlich viele Zukünfte gleichzeitig zu sehen, sagte Gu. Dies könnte beispielsweise bei Wettervorhersagen oder bei fundierteren Investitionen an der Börse hilfreich sein. Es könnte sogar dazu beitragen, das maschinelle Lernen zu verbessern, bei dem es darum geht, künstliche Intelligenz selbst zu lehren, um immer bessere Vorhersagen zu treffen.
Dies ist alles "sehr explorativ", fügte Gu hinzu und erfordert viele weitere Experimente, um alle Anwendungen des Quantensimulators herauszufinden. Leider ist das Schicksal dieses hellseherischen Computers eine Zukunft, die ein Rätsel bleibt.
