Ein Team der Universität Oxford hat einen klassischen Quanteneffekt in einer Umgebung beobachtet, die bisher vor allem auf dem Papier existierte. Mit einem Hybrid-Quantencomputer aus Qubits und Quantenoszillatoren gelang den Forschern die Simulation des Aharonov-Bohm-Effekts in einer Gittereichtheorie. Die Arbeit erschien in „Nature Physics“.
Der Effekt, 1959 von Yakir Aharonov und David Bohm vorhergesagt, besagt: Ein geladenes Teilchen kann eine messbare Phase aufnehmen, wenn es um einen magnetischen Fluss herumläuft – obwohl es den Bereich mit dem Magnetfeld selbst nie betritt. Bei realen Elektronen ist das längst belegt. Oxford wollte ihn nun in einem Modell sehen, das Wechselwirkungen zwischen Materie und Eichfeldern beschreibt.
Dafür nutzten Sebastian Saner, Oana Bazavan und Kollegen zusammen mit Alejandro Bermudez aus Madrid gefangene Ionen. Die inneren Zustände der Ionen dienten als Qubits und standen für die Eichfelder; die Schwingungen derselben Ionen – die Oszillatoren – spielten die Materie. Zwei Oszillatoren und zwei Qubits bildeten eine Schleife, den kleinsten Baustein der Theorie.
Statt den magnetischen Fluss als starren Hintergrund einzubauen, erzeugten die Forscher ihn, indem sie die beiden Qubits verschränkten. „Das Spannende war, den Fluss in ein Eichfeld zu legen, das selbst dynamisch ist“, sagte Saner. Ohne Fluss tunnelte das Materieteilchen frei um die Schleife; mit Fluss löschten sich die beiden Wege aus, das Tunneln brach ab, das System blieb im Ausgangszustand stehen.
Parallel veröffentlichte eine Gruppe um Norbert Linke an der University of Maryland eine verwandte Hybrid-Simulation des Yukawa-Potenzials. Beide Teams arbeiteten unabhängig und reichten koordiniert bei „Nature Physics“ ein. Für Physiker ist die Botschaft klar: Hybrid-Architekturen können Wechselwirkungen abbilden, die klassische Rechner schnell überfordern.
