Künstlerische Darstellung eines aktiven supermassereichen Schwarzen Lochs. (ESO/L. Calçada) Beide Quanten-Computing Und maschinelles Lernen werden schon seit geraumer Zeit als die nächste große Computerrevolution angepriesen.
Experten haben jedoch darauf hingewiesen, dass es sich bei diesen Techniken nicht um verallgemeinerte Werkzeuge handelt – sie werden nur für sehr spezielle Algorithmen einen großen Sprung nach vorne in der Rechenleistung bedeuten und noch seltener in der Lage sein, dasselbe Problem zu lösen.
Ein Beispiel dafür, wo sie zusammenarbeiten könnten, ist die Modellierung der Antwort auf eines der heikelsten Probleme der Physik: Wie funktioniert das? Generelle Relativität beziehen sich auf die Standardmodell ?
Ein Team unter der Leitung von Forschern der University of Michigan und RIKEN glaubt, dass dies der Fall ist könnte sich entwickelt haben genau so ein Algorithmus. Es gibt nicht viele Orte, an denen die beiden großen physikalischen Modelle kollidieren, aber um einen herum schwarzes Loch Ist einer von ihnen.
Schwarze Löcher selbst sind riesige Schwerkraftquellen, die vollständig von der durch die Allgemeine Relativitätstheorie definierten Physik beherrscht werden. Allerdings wirbeln unzählige Teilchen um ihren Ereignishorizont herum, die praktisch immun gegen die Schwerkraft sind, aber dennoch unter die Struktur des Standardmodells fallen, das sich direkt mit der Physik der Teilchen befasst.
Es gibt seit langem die Theorie, dass die Bewegungen und Beschleunigungen der Teilchen direkt über einem Schwarzen Loch eine zweidimensionale Projektion dessen sein könnten, was das Schwarze Loch selbst in drei Dimensionen tut.
Dieses Konzept heißt holographische Dualität und könnte eine Möglichkeit bieten, nach dieser kritischen Schnittstelle zwischen der Relativitätstheorie (d. h. der Physik des Schwarzen Lochs) und dem Standardmodell (d. h. der Teilchenphysik) zu suchen.
Die holographische Dualität selbst ist jedoch mit modernen Computeralgorithmen schwer zu modellieren. Deshalb versuchte Enrico Rinaldi, ein Physiker an der University of Michigan und am RIKEN, ein neues Modell zu entwickeln, das diese beiden sehr gehypten Computerarchitekturen nutzte – Quanten-Computing Und maschinelles Lernen .
Quantencomputing selbst kann bei der Modellierung der Teilchenphysik hilfreich sein, da ein Teil der der Computerplattform selbst zugrunde liegenden Physik physikalischen Gesetzen unterliegt, die uns auf Makroebene so fremd sind.
In diesem Fall verwendeten Dr. Rinaldi und sein Team einen Algorithmus, der auf a läuft so viel wie ein Computer um die Partikel zu simulieren, aus denen der Projektteil der holographischen Dualität besteht.
Dazu nutzten sie ein Konzept namens Quantenmatrixmodell. Wie bei vielen physikalischen Simulationen bestand das Endziel der Simulation darin, den niedrigsten Energiezustand des Systems zu finden.
Quantenmatrixmodelle würden dazu beitragen, die Optimierungsprobleme effektiv zu lösen, die den niedrigsten Energiezustand der über ein Schwarzes Loch projizierten Teilchensysteme ermitteln würden.
Algorithmen, die einen Quantencomputer verwenden, sind nicht die einzige Möglichkeit, diese „Grundzustände“, wie der niedrigste Energiezustand des Systems genannt wird, zu finden. Eine andere Methode wäre die Verwendung einer Art KI-Technik, die als neuronales Netzwerk bezeichnet wird. Diese basieren auf der Verwendung von Systemen, die denen im menschlichen Gehirn ähneln.
Das Team wandte diese Algorithmen auf eine Art Matrixmodell an, das immer noch auf Quantenideen basiert, aber kein Quantencomputing erfordert.
Diese sogenannten Quantenwellenfunktionen repräsentierten wiederum die Aktivität der Teilchen auf der Oberfläche des Schwarzen Lochs. Und wieder einmal konnte der Algorithmus des neuronalen Netzwerks das Optimierungsproblem lösen und seinen „Grundzustand“ finden.
Laut Rinaldi stellen diese neuen Techniken eine deutliche Verbesserung gegenüber anderen früheren Versuchen zur Lösung dieser Algorithmen dar. „Andere Methoden, die Menschen normalerweise verwenden, können die Energie des Grundzustands ermitteln, aber nicht die gesamte Struktur der Wellenfunktion“, sagte Rinaldi in einem Pressemitteilung .
Was dies für das Verständnis des Inneren eines Schwarzen Lochs oder der Schnittstelle zwischen dem Standardmodell und der Allgemeinen Relativitätstheorie bedeutet, ist immer noch eine Art Black Box. Theoretisch sollte es eine Möglichkeit geben, das Innere eines Schwarzen Lochs mithilfe der von diesen Algorithmen definierten Arten von Quantenwellenfunktionen zu modellieren.
Aber diese Arbeit, die laut Rinaldi zu einer zugrunde liegenden Quantentheorie der Schwerkraft führen könnte, muss noch erledigt werden. Da diese gehypten Computerarchitekturen jedoch immer beliebter werden, ist es fast sicher, dass jemand versuchen wird, etwas Licht in diese Black Box zu bringen.
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .