Kurs auf Quantensimulationen der Kernphysik

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In der Kernphysik, wie in vielen anderen Bereichen der Wissenschaft, reichen detaillierte Theorien allein nicht immer aus, um solide Vorhersagen zu treffen.

Es gibt oft zu viele Teile, die auf komplexe Weise miteinander interagieren, als dass Forscher der Logik einer Theorie bis zu ihrem Ende folgen könnten.

Das ist ein Grund dafür, dass es in der Natur immer noch so viele Rätsel gibt, unter anderem, wie die Grundbausteine des Universums zusammenfließen und Sterne und Galaxien bilden.

Dasselbe gilt für Hochenergie-Experimente, bei denen Teilchen wie Protonen mit unglaublicher Geschwindigkeit aufeinander prallen, um extreme Bedingungen ähnlich denen kurz nach dem Urknall zu schaffen.Glücklicherweise können Wissenschaftler oft Simulationen durchführen, um die Feinheiten zu durchschneiden.

Eine Simulation stellt die wichtigen Aspekte eines Systems – wie ein Flugzeug, den Verkehrsfluss einer Stadt oder ein Atom – als Teil eines anderen, leichter zugänglichen Systems (wie ein Computerprogramm oder ein maßstabgetreues Modell) dar.

Die Forscher haben ihre Kreativität genutzt, um Simulationen billiger, schneller oder einfacher zu machen als die gewaltigen Themen, die sie untersuchen – wie Protonenkollisionen oder Schwarze Löcher.Simulationen gehen über eine Frage der Bequemlichkeit hinaus; sie sind unerlässlich, um Fälle anzugehen, die sowohl zu schwierig sind, um sie direkt in Experimenten zu beobachten, als auch zu komplex, als dass Wissenschaftler jede logische Schlussfolgerung aus Grundprinzipien herauskitzeln könnten.

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Diverse Durchbrüche in der Forschung – von der Modellierung der komplexen Wechselwirkungen der Moleküle hinter dem Leben bis hin zur Vorhersage der experimentellen Signaturen, die letztlich die Identifizierung des Higgs-Bosons ermöglichten – sind das Ergebnis des genialen Einsatzes von Simulationen.Aber herkömmliche Simulationen bringen einen nur so weit.

In vielen Fällen erfordert eine Simulation so viele Berechnungen, dass die besten jemals gebauten Computer keinen sinnvollen Fortschritt machen können – auch dann nicht, wenn Sie bereit sind, Ihr ganzes Leben zu warten.

Nun versprechen die Quantensimulatoren (die Quanteneffekte wie Überlagerung und Verschränkung ausnutzen), ihre Kraft für viele Probleme einzusetzen, die sich bisher geweigert haben, den Simulationen….

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