28.04.2017

Vermessung am Rande der Realität

Australische und deutsche Forscher arbeiten zusammen an der Entwicklung eines genetischen Algorithmus der die Ablehnung des klassischen Begriffes der Kausalität bestätigt.

Das Team verwendete hierbei genetische Programmierung, um die nahegelegensten klassischen Modelle für die Daten herauszufinden.

Dr. Alberto Peruzzo vom RMIT sagte: "Der Satz von Bell schließt die klassischen Konzepte der Kausalität aus, er ist heute ein Eckpfeiler der modernen Physik.

"Aber trotz der fundamentalen Bedeutung dieses Theorems wurde erst vor kurzem über das erste  Experiment berichtet, welches keine Schlupflöcher aufweist und überzeugend bestätigt hat, dass wir die klassischen Vorstellungen von Kausalität über Bord werfen müssen.

"Angesichts der Bedeutung dieser Daten haben australische und deutsche Institutionen in internationaler Zusammenarbeit eine neue Analysemethode zur stabilen Quantifizierung solcher Schlussfolgerungen entwickelt."

Das Team nutzte für seinen Ansatz die genetische Programmierung, eine leistungsstarke maschinelle Lerntechnik, die einen Automatismus zum Auffinden der nächstgelegenen klassischen Modelle für die Daten ermöglicht.

Maschinelles Lernen wurde vom Team gemeinsam verwendet um die nächstgelegenen klassischen Erklärungen von experimentellen Daten zu finden was es ihnen ermöglichte, die vielen Dimensionen der Abweichung von den klassischen Modellen zu kartieren die Quantenkorrelationen aufweisen.

Dr. Chris Ferrie von der University of Technology Sydney sagte: "Wir haben die vom Algorithmus vermessene Region etwas flapsig als „Rand der Realität“ bezeichnet. Dabei bezogen wir uns auf den gängigen Begriff „lokale Realität“ für ein physikalisches Modell zur Erklärung von Einsteins Relativitätstheorie

"Der Algorithmus arbeitet durch den Aufbau kausaler Modelle in simulierter Evolution und imitiert dabei die natürliche Selektion – eine Art genetische Programmierung.

"Der Algorithmus erzeugt eine Population von „lebenstüchtigen" individuellen Kausalmodellen, welche die Nähe zur Quantentheorie ins mit der Minimierung kausaler Einflüsse zwischen im relativistischen Sinne nicht verbunden Variablen Verhältnis setzen.

Das Team verwendete dabei Photonen, bekanntermaßen die Einzelteile des Lichts, um die Quantenkorrelationen zu erzeugen, die mit der klassischen Mechanik nicht erklärt werden können.

Quantenphotonik hat eine breite Palette neuer Technologien von der Quantenberechnung bis zur Quantenschlüsselverteilung hervorgebracht.

Die Photonen wurden in verschiedenen Zuständen von Quantenverschränkung vorgehalten, ein Phänomen, welches die vielen Vorteile der Quantentechnik geradezu befeuert. Die gesammelten Daten wurden anschließend mit dem genetischen Algorithmus ausgewertet mit dem Ziel, ein Modell zu finden, das am ehesten mit den beobachteten Korrelationen übereinstimmt.
Diese Modelle maßen dann die Region der Modelle, die von der Natur selbst ausgeschlossen sind.

Das Team umfasst theoretische Physiker und Informatiker vom Zentrum für Technisierte Quantensystem (EQus) an der University of Sydney, dem Zentrum für Quantensoftware und Information an der University of Technology Sydney, dem Institut für Theoretische Physik an der Universität Köln, sowie die experimentelle Gruppe im Labor für Quantenphysik am RMIT.

Die Forschung "Erläuterung der Quantenkorrelationen durch Evolution von Kausalmodellen" wurde in der Physical Review A veröffentlicht und kann online abgerufen werden (10.1103 / PhysRevA.95.042120).