Neuer Supercomputer läuft mit „Magic Dust“ aus Licht und Materie

Magischer Staub

Supercomputer geben seit Jahren Hoffnung auf einen Einblick in einige der geheimnisvollsten und scheinbar unlösbarsten Probleme der Wissenschaft. Die kontinuierliche Weiterentwicklung des Quantencomputings hat den Wissenschaftlern neue Hoffnung gegeben, aber eine aktuelle Studie britischer und russischer Forscher geht noch einen Schritt weiter, indem sie Licht und Materie zu einem so genannten "Magic Dust" verbindet.

Mit Sitz in Cambridge, Southampton, und Cardiff Universities in Großbritannien und dem Skolkovo Institute of Science and Technology in Russland, haben diese Forscher gezeigt, dass diese magische Kombination es uns möglicherweise ermöglichen könnte, die Fähigkeiten der modernsten Supercomputer zu übertreffen. Quantenpartikel, sogenannte Polaritonen, die halb Licht und halb Materie sind, haben bei komplizierten Fragestellungen den Weg zu einfachen Lösungen geebnet. Die Ergebnisse dieser Studie, wie in der Zeitschrift Nature Materials berichtet wurde, könnte schließlich dazu führen, dass Wissenschaftler zur Lösung des derzeit unlösbaren Fragen befähigt würden.

Mischmaterial

Bei der Berechnung einer mathematischen Lösung für ein komplexes Problem in der Praxis ist es wichtig, möglichst wenige Schritte zu gewährleisten. Der direkteste Weg zu einer Antwort hält das Risiko für Verwirrung oder Fehler gering, aber wenn wir die kompliziertesten Probleme unseres bekannten Universums angehen, wird dies zu einer scheinbar unmöglichen Aufgabe. "Dies ist genau das Problem, das es zu lösen gilt, wenn die Zielfunktion zu minimieren ein echtes Problem mit vielen Unbekannten, Parametern und Einschränkungen darstellt ", sagte der erste Autor des Papiers, Professor Natalia Berloff vom Cambridge Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics und das Skolkovo Institute of Science and Technology.

Berloff und ihr Team entwarfen die Verwendung von "Magic Dust" aus einem ziemlich kreativen Blickwinkel. Da das Irrlicht einen Weg für Reisende in der schottischen Folklore markiert, dienen Polaritonen als leicht erkennbare Marker, die Wissenschaftler zu einer Lösung zu führen. Ausgewählte Atome wie Gallium, Arsen, Indium und Aluminium werden gestapelt und mit einem Laser auf sie gerichtet. Die Elektronen in diesem Licht-Materie-Mashup absorbieren das Licht und emittieren es in verschiedenen Farben. 10.000 mal leichter als Elektronen, könnten Polaritonen Dichten erreichen, die es zu einem Bose-Einstein-Kondensat machen würden, einem neuen Zustand der Materie, in dem die Quantenphasen dieser Polaritonen synchronisiert und ein makroskopisches Quantenobjekt erzeugen würden, das mit Photolumineszenz detektierbar ist. Diese Wissenschaftler schaffen im wahrsten Sinne des Wortes Leuchttürme aus Licht.

Der Co-Autor Professor Pavlos Lagoudakis, Leiter des Hybrid Photonics Labs an der University of Southampton und des Skolkovo Institute of Science and Technology (wo die Experimente durchgeführt wurden) erklärte:"Wir stehen erst am Anfang der Erforschung des Potenzials von Polariton-Diagrammen zur Lösung komplexer Probleme... Wir skalieren derzeit unser Gerät auf Hunderte von Knoten, während wir seine grundlegende Rechenleistung testen. Das Endziel ist ein Mikrochip-Quantensimulator, der unter Umgebungsbedingungen arbeitet."

Nicht nur die Tiefen der Astrophysik bergen unlösbare Probleme. Biologie, Finanzen, Raumfahrt und andere haben tiefe Quellen unbeantworteter Fragen. Fragen, die ein Supercomputer, der "Magic Dust" nutzt, um den Weg zu einer einfachen Lösung zu ebnen, vielleicht beantworten kann.

Quellen: Eurekalert, Recode