Quantensimulatoren sind ein bereits fortgeschrittenes Anwendungsgebiet der seltsam anmutenden Effekte der Quantenphysik. Sie werden zur Erforschung komplexer Systeme eingesetzt, die sich nicht mehr auf klassischen Computern berechnen lassen. Das ist etwa dann der Fall, wenn eine größere Zahl von Teilchen im Spiel ist. Dabei wird das Verhalten eines Quantensystems erklärt, indem man ein anderes, sehr genau zu kontrollierendes und zu messende Quantensystem beobachtet. Ein solcher Quantensimulator sieht zwar physikalisch anders aus, folgt aber den gleichen Gesetzmäßigkeiten, also denselben mathematischen Gleichungen wie das zu erforschende System.

Um herauszufinden, welche Gleichungen das jeweilige Quantensystem bestimmen, müssen die Physikerinnen und Physiker bisher auf die Trial-and-Error-Methode setzen: Sie stellen dazu eine theoretische Vermutung an und überprüfen, ob sich diese im Experimente bewährt. Ein Forschungsteam der Universität Innsbruck, des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Technischen Universität (TU) Wien haben nun anhand ultrakalter Atomwolken eine Methode entwickelt, mit der sich direkt aus dem Experiment ablesen lässt, an welche mathematischen Gesetze sich das System in einer bestimmten Situation hält. Wie sie im Fachjournal "Physical Review Research" berichten, erlaubt die Methode eine Qualitätskontrolle und ermöglicht es, direkt zu überprüfen, ob ein Quantensimulator auch wirklich das tut, was er soll, und sich somit die Messergebnisse des Simulators auf ein anderes Quantensystem, das man nicht direkt im Experiment untersuchen kann, übersetzen lassen.

Service - Studie: https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.6.043284