Ett svar på en kvantfysisk fråga från algoritmen Melvin har avslöjat en dold koppling mellan kvantexperiment och det matematiska fältet Graph Theory. Forskare från Österrikiska vetenskapsakademin och universitetet i Wien fann det djupa sambandet mellan experimentell kvantfysik och denna matematiska teori i studiet av Melvins ovanliga lösningar, som ligger bortom mänsklig intuition. De rapporterar nu i tidningen Fysiska granskningsbrev .

Kvantfysikens fenomen är perfekt beräkningsbara - men undviker ofta mänsklig logik. I framtiden, det skulle vara just datoralgoritmer som skulle kunna göra ett avgörande bidrag till lösningen av kvantfysiska frågor, där mänsklig logik inte kommer längre, som visades nu av Melvin. Algoritmen som utvecklats av forskare vid Österrikes vetenskapsakademi (ÖAW) och Wien universitet skapas faktiskt för beräkning av tekniska lösningar för kvantfysiska experiment. För en allmän fråga förra året, Melvin gav en lösning som visade sig vara förvånansvärt praktisk - men inledningsvis helt ur kontakt med mänsklig intuition.

Anmärkningsvärd nummersekvens

"Lösningen kan praktiskt taget genomföras i form av ett experiment i laboratoriet, " bekräftar kvantfysikern Mario Krenn från forskargruppen Anton Zeilinger, professor vid universitetet i Wien och gruppledare vid Institute of Quantum Optics and Quantum Information från den österrikiska vetenskapsakademien. "Men först förstod vi inte hur det faktiskt fungerar, " fortsätter forskaren.

I analysen av denna lösning beräknad av Melvin, forskarna famlade inledningsvis i mörkret. Tills de kom fram till en anmärkningsvärd sekvens av tal som bara är känd i den så kallade grafteorin – ett sofistikerat område inom matematiken som har använts för att beskriva nätverk som Internet eller neurala nätverk.

Nya experimentella metoder

Det ovanliga tillvägagångssättet, som skulle ha förblivit dold för kvantfysiker, fick forskarna att ytterligare undersöka detta samband. Som de nu rapporterar i journalen Fysiska granskningsbrev , det finns stora likheter mellan experimentell kvantfysik och matematisk grafteori:Om metoder och kunskap från grafteorin används för att beräkna och planera ett kvantexperiment, det är möjligt att göra mycket exakta och nya uttalanden om resultaten. "Egenskaper för kvantexperiment kan beräknas med hjälp av grafteori, och frågor inom grafteori kan besvaras i kvantexperiment, "förklarar Krenn. På detta sätt, det är också möjligt att förstå kvantteknologi som en graf eller ett nätverk för att utforska nya experimentella möjligheter.

Även för kvantfysikern Anton Zeilinger denna bro, upptäckt tack vare Melvin, är mycket lovande:"Det var mycket förvånande att se att det finns en ny djup koppling mellan kvantfysik och matematik." Vilken konkret potential detta fynd har, är för närvarande ännu inte att uppskatta. "Det är att vänta, säger Zeilinger, "att denna kunskap kommer att vara av betydelse för utvecklingen av båda områdena i framtiden."