Wie ein altes Brettspiel bahnbrechende physikalische Entdeckungen ermöglichen kann

Winkelmesserspiel Es entstand vermutlich bereits 6000 v. Chr. in Jordanien Es wird bis heute auf der ganzen Welt gespielt. Es besteht aus Steinen, die die Spieler zwischen einer Reihe kleiner Löcher auf einem hölzernen Spielbrett bewegen. Ziel des Spiels ist es, alle Steine ​​in das letzte Loch am Ende des Spielbretts zu bringen.

In einer neuen Studie veröffentlicht in AVS QuantenwissenschaftForscher der Tulane University haben eine modifizierte Solitärversion des Winkelmessers, die sie ManQala nennen, auf die Quantenzustandsgeometrie angewendet, das Gebiet der Quantenphysik, das sich mit der Überführung von Quantensystemen in bestimmte Zustände beschäftigt.

Das zentrale Problem, das die Quantenzustandstechnik zu lösen versucht, ist laut Ryan Glaser, Assistenzprofessor für Physik am College of Science and Engineering: „Was muss ich tun, um mein Quantensystem in den Zustand zu bringen, den ich möchte?“ Im Wesentlichen müssen Forscher herausfinden, wie man Teilchen dazu bringt, an bestimmten Orten zu bleiben oder bestimmte Energien zu haben, um sie zu untersuchen und Quantencomputer einzusetzen.

Bei Quantenteilchen ist das schwieriger als beispielsweise bei Steinen auf einer Winkelmesserplatte. „Quantendinge sind im Allgemeinen sehr empfindlich und schwer zu kontrollieren“, sagte Glaser. „Das System kann schnell zusammenbrechen und dazu führen, dass Sie jeden quantitativen Vorteil verlieren, den Sie haben oder haben möchten.“

Quantenphysiker haben bereits einige Möglichkeiten, diese Probleme zu lösen, aber die von den Forschern dieser Studie durchgeführten Simulationen zeigten, dass ManQala selbst auf einfacheren Systemen effizienter ist. „Selbst bei diesen vereinfachten Drei- und Drei-Loch-Systemen sehen wir bereits Vorteile“, sagte Glaser.

Die Studie sei eine von vielen auf dem Gebiet der Quantenspiele, sagte Glaser, die „effektiv gewöhnliche Spiele wie Sudoku, Dame oder Tic-Tac-Toe nimmt und die Regeln der Quantenphysik auf sie anwendet und interessante Dinge sieht, die passieren könnten.“ Wenn man es mit Quantenteilchen und nicht mit physischen Steinen zu tun hat, besteht die Möglichkeit, dass die Teilchen sich gegenseitig stören, wenn sie sich in benachbarten „Gruben“ befinden. Dies bedeutet, dass mehr Züge zur Verfügung stehen, und zumindest für Mancala „kann man das Spiel gewinnen, wenn man die quantitativen Regeln verwendet, was mit den klassischen Regeln nicht möglich wäre“, sagte Glaser.

Obwohl sich diese Studie auf Simulationen konzentrierte, ist Glaser hinsichtlich zukünftiger Anwendungen des Winkelmessers optimistisch. „Im Moment liegt es noch im Bereich der Theorie, aber ich denke, dass es experimentell auf jeden Fall machbar ist“, sagte Glaser. Er hofft, ManQala auf einem IBM Quantum-Cloud-Computer anwenden zu können, den er in der Vergangenheit zusammen mit seinen Forscherkollegen Thomas Searles von der University of Illinois in Chicago und Brian Kirby, Assistenzprofessor für Physik in Tulane, für Forschungszwecke verwendet hat.