Teilchen erstarrt: Oxford-Quantencomputer stellt berühmten Effekt von 1959 nach
Mit gefangenen Ionen haben Physiker den Aharonov-Bohm-Effekt simuliert, bei dem ein Magnetfeld ein Teilchen beeinflusst, das es nie berührt. Das soll Simulationen der Teilchenphysik erleichtern.
Symbolbild · Foto: National Institute of Standards and Technology / Wikimedia Commons, Public domain (zugeschnitten und skaliert)
Forschende der Universität Oxford haben mit einem hybriden Quantencomputer einen Effekt nachgestellt, den die Physiker Aharonov und Bohm 1959 vorhergesagt hatten: Ein geladenes Teilchen wird von einem magnetischen Fluss beeinflusst, obwohl es das Feld selbst nie durchquert. Die Arbeit ist in der Fachzeitschrift „Nature Physics“ erschienen. Beteiligt war auch ein Theoretiker aus Madrid.
Als Rechenbausteine dienten gefangene Ionen. Ihre inneren Zustände bildeten als Qubits die Felder ab, ihre Schwingungen die Materie. Die Grundeinheit war eine kleine Schleife aus zwei Schwingungen und zwei Qubits. Als die Forschenden einen magnetischen Fluss simulierten, löschten sich die beiden möglichen Wege des Teilchens gegenseitig aus. Das Teilchen konnte nicht mehr tunneln und blieb an Ort und Stelle. Spannend sei gewesen, den Fluss in einem selbst veränderlichen Feld zu kodieren, sagte Erstautor Sebastian Saner.
Hinter dem Experiment steht ein praktisches Ziel: sogenannte Gitter-Eichtheorien, mit denen die Teilchenphysik Wechselwirkungen zwischen Materie und Kräften beschreibt. Klassische Computer stoßen dabei mit wachsender Systemgröße an Grenzen. Ein Team der University of Maryland simulierte in derselben Zeitschrift mit einem ähnlichen Ansatz das sogenannte Yukawa-Potenzial.