Forskare har använt banbrytande forskning inom kvantberäkning och kvantteknologi för att banbryta ett radikalt nytt tillvägagångssätt för att avgöra hur vårt universum fungerar på sin mest grundläggande nivå.

Ett internationellt team av experter, ledd av University of Nottingham, har visat att endast kvant och inte klassisk gravitation kunde användas för att skapa en viss informatisk ingrediens som behövs för kvantberäkning. Deras forskning "Non-Gaussianity as a signature of a quantum theory of gravitation" har publicerats idag i PRX Quantum .

Dr Richard Howl ledde forskningen under sin tid vid University of Nottinghams School of Mathematics, han sa:"I mer än hundra år, fysiker har kämpat för att avgöra hur de två grundläggande vetenskapsteorierna, kvantteori och allmän relativitet, som beskriver mikroskopiska respektive makroskopiska fenomen, förenas till en enda övergripande naturteori.

Under denna tid, de har kommit på två fundamentalt kontrasterande tillvägagångssätt, kallas "kvantgravitation" och "klassisk gravitation". Dock, en fullständig brist på experimentella bevis gör att fysiker inte vet vilket tillvägagångssätt den övergripande teorin faktiskt tar, vår forskning ger en experimentell metod för att lösa detta."

Denna nya forskning, som är ett samarbete mellan experter inom kvantberäkning, kvantgravitation, och kvantexperiment hittar ett oväntat samband mellan fälten för kvantberäkning och kvantgravitation och använder detta för att föreslå ett sätt att experimentellt testa att det finns kvant, inte klassisk gravitation. Det föreslagna experimentet skulle innebära kylning av miljarder atomer i en millimeterstor sfärisk fälla till extremt låga temperaturer så att de går in i en ny fas av materia, kallas ett Bose-Einstein-kondensat, och börja bete sig som en enda stor, kvantatom. Ett magnetfält appliceras sedan på denna "atom" så att den bara känner sin egen gravitationskraft. Med allt detta på plats, om den enda graviterande atomen visar nyckelingrediensen som behövs för kvantberäkning, som konstigt nog förknippas med "negativ sannolikhet, "naturen måste ta kvantgravitationsmetoden.

Detta föreslagna experiment använder nuvarande teknologi, involverar bara ett enda kvantsystem, den graviterande "atomen, " och förlitar sig inte på antaganden om platsen för interaktionen, göra det enklare än tidigare tillvägagångssätt och potentiellt påskynda leveransen av det första experimentella testet av kvantgravitation. Fysiker skulle då, efter mer än hundra års forskning, äntligen ha information om den verkliga övergripande grundläggande naturteori.

Dr Marios Christodoulou, från University of Hong Kong som var en del av samarbetet, tillade:"Denna forskning är särskilt spännande eftersom det föreslagna experimentet också skulle ansluta till den mer filosofiska idén att universum beter sig som en enorm kvantdator som beräknar sig själv, genom att visa att kvantfluktuationer i rumtiden är en stor naturresurs för kvantberäkning."