Aalto-forskare har använt en IBM kvantdator för att utforska ett förbisedt område av fysiken, och har utmanat 100 år gamla föreställningar om information på kvantnivå.

Kvantfysikens regler, som styr hur mycket små saker beter sig, använd matematiska operatorer som kallas Hermitian Hamiltonians. Hermitiska operatörer har underbyggt kvantfysiken i nästan 100 år, men nyligen, teoretiker har insett att det är möjligt att utvidga dess grundläggande ekvationer till användningen av hermitiska operatorer som inte är hermitiska. De nya ekvationerna beskriver ett universum med sin egen speciella uppsättning regler:Till exempel, genom att titta i spegeln och vända tidens riktning, du borde se samma version av dig som i den verkliga världen. I deras nya tidning, ett team av forskare ledda av Docent Sorin Paraoanu använde en kvantdator för att skapa ett leksaksuniversum som beter sig enligt dessa nya regler. I teamet ingår Dr. Shruti Dogra från Aalto-universitetet, tidningens första författare, och Artem Melnikov, från MIPT och Terra Quantum.

Forskarna gjorde qubits, den del av kvantdatorn som utför beräkningar, uppföra sig enligt de nya reglerna för icke-hermitisk kvantmekanik. De demonstrerade experimentellt ett par spännande resultat som är förbjudna av vanlig hermitisk kvantmekanik. Den första upptäckten var att tillämpningen av operationer på qubits inte bevarar kvantinformation - ett beteende som är så grundläggande för standard kvantteori att det resulterar i för närvarande olösta problem som Stephen Hawkings informationsparadox för svarta hål. Det andra spännande resultatet kom när de experimenterade med två entangled qubits.

Entanglement är en typ av korrelation som uppträder mellan qubits, som om de har en magisk koppling som gör att de beter sig synkat med varandra. Einstein var berömd obekväm med detta koncept, hänvisar till det som "läskig handling på avstånd." Under vanlig kvantfysik, det är inte möjligt att ändra graden av intrassling mellan två partiklar genom att manipulera en av partiklarna på egen hand. Dock, i icke-hermitisk kvantmekanik, forskarna kunde ändra nivån av intrassling av qubits genom att manipulera bara en av dem, ett resultat som uttryckligen är förbjudet i vanlig kvantfysik.

"Det spännande med dessa resultat är att kvantdatorer nu är tillräckligt utvecklade för att börja använda dem för att testa okonventionella idéer som hittills bara varit matematiska, " sade Sorin Paraoanu. "Med detta arbete, Einsteins "läskiga handling på avstånd" blir ännu mer spöklik. Och även om vi förstår mycket väl vad som händer, det ger dig fortfarande rysningar."

Forskningen har också potentiella tillämpningar. Flera nya optiska eller mikrovågsbaserade enheter som utvecklats på senare tid verkar bete sig enligt de nya reglerna. Detta arbete öppnar vägen för att simulera dessa enheter på kvantdatorer.

Pappret, "Kvantsimulering av paritet-tidssymmetri som bryter med en supraledande kvantprocessor, " publiceras i Kommunikationsfysik .