Falsches Vakuum 05.02.2025, 12:30 Uhr

Wie Quantencomputer das Schicksal des Universums entschlüsseln

Forschende nutzen Quantencomputer, um den Zerfall des falschen Vakuums zu simulieren – ein Prozess, der das Universum grundlegend verändern könnte.

Quantencomputer

Mit Hilfe eines Quantencomputers haben Forschende das hypothetische "falsche Vakuum" simuliert.

Foto: D-Wave Quantum Inc.

Vor rund 50 Jahren postulierten Forschende in der Quantenfeldtheorie eine faszinierende Hypothese: Das Universum könnte sich in einem sogenannten „falschen Vakuum“ befinden. Dieser Zustand wäre zwar scheinbar stabil, könnte aber jederzeit in ein noch energieärmeres, echtes Vakuum übergehen. Ein solcher Übergang würde die Naturgesetze grundlegend verändern und das Universum in seiner heutigen Form zerstören. Doch wann und ob dieser Prozess tatsächlich eintritt, bleibt eine offene Frage.

Ein internationales Forschungsteam, darunter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der University of Leeds, des Forschungszentrums Jülich und des Institute of Science and Technology Austria (ISTA), hat diesen Prozess nun mit einem Quantencomputer untersucht. Die Erkenntnisse könnten nicht nur unser Verständnis des Universums erweitern, sondern auch neue Perspektiven für die Nutzung von Quantencomputern in der Forschung eröffnen.

Simulation eines kosmischen Zerfalls

Um den Zerfall des falschen Vakuums zu verstehen, nutzten die Forschenden einen hochmodernen 5564-Qubit-Quanten-Annealer von D-Wave Quantum Inc. Diese spezielle Art von Quantencomputer ist darauf ausgelegt, komplexe Optimierungsprobleme zu lösen. Der Quanten-Annealer ermöglicht es, quantenmechanische Prozesse nachzubilden, die mit herkömmlichen Computern nur schwer zu berechnen sind.

In der aktuellen Studie simulierte das Team, wie sich Blasen im falschen Vakuum bilden und ausbreiten. Dieser Prozess erinnert an Wasserdampf, der unter seinen Taupunkt abkühlt und dabei Blasen bildet. In der Physik des Universums wäre die Entstehung und Wechselwirkung solcher Blasen vermutlich der Mechanismus, der den Übergang in das echte Vakuum auslöst.

Stellenangebote im Bereich Forschung & Entwicklung

Forschung & Entwicklung Jobs
PFISTERER Kontaktsysteme GmbH-Firmenlogo
High Voltage Testing Specialist (w/m/d) PFISTERER Kontaktsysteme GmbH
Winterbach Zum Job 
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY-Firmenlogo
Feinwerkmechanikerin (w/m/d) für Vakuumsysteme von Beschleunigern Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Hamburg Zum Job 
Celonic Deutschland GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Technical Team Manager (w/m/d) Qualification & Asset Change Control Celonic Deutschland GmbH & Co. KG
Heidelberg Zum Job 
Solventum Germany GmbH-Firmenlogo
Prozessingenieur Automatisierungstechnik / Mechatronik / Maschinenbau (m/w/*) Solventum Germany GmbH
Seefeld Zum Job 
HERRENKNECHT AG-Firmenlogo
Leiter Mechanische Bearbeitung (m/w/d) HERRENKNECHT AG
Schwanau Zum Job 
pro-beam GmbH & Co. KGaA-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Elektronenstrahl Schweißtechnik pro-beam GmbH & Co. KGaA
pro-beam GmbH & Co. KGaA-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur / Wirtschaftsingenieur als Industrial Engineer / Fertigungsplaner (m/w/d) pro-beam GmbH & Co. KGaA
Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft-Firmenlogo
W2-Professur "Lasermaterialbearbeitung" Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft
ULTRA REFLEX GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Kunststoff (m/w/d) Entwicklung und Optimierung von Produkten und Prozessen ULTRA REFLEX GmbH
Willstätt Zum Job 
Neoperl GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Meister / Techniker (m/w/d) Prozess-, Automatisierungs- und Elektrotechnik Neoperl GmbH
Müllheim Zum Job 
B. Braun Melsungen AG-Firmenlogo
R&D Manager (w/m/d) Process Design B. Braun Melsungen AG
Melsungen Zum Job 
Universität Heidelberg-Firmenlogo
Elektroingenieur*in in der Elektronikentwicklung (w/m/d) Universität Heidelberg
Heidelberg Zum Job 
Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences-Firmenlogo
Professor:in für das Lehrgebiet Carl-Zeiss-Stiftungsprofessur für Produktions- und Herstellverfahren von Wasserstoffsystemen Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences
Göppingen Zum Job 
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik-Firmenlogo
Ingenieur*in der Fachrichtung Elektrotechnik Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
Greifswald Zum Job 
Patent- und Rechtsanwälte Andrejewski, Honke-Firmenlogo
Ausbildung zum deutschen Patentanwalt (m/w/d) und European Patent Attorney Patent- und Rechtsanwälte Andrejewski, Honke
Atlantic GmbH-Firmenlogo
Werksleiter Endbearbeitung Schleifscheiben und Honsteine (m/w/d) Atlantic GmbH
maxon motor GmbH-Firmenlogo
Prozessingenieur (w/m/d) für Qualität in Entwicklungsprojekten | Antriebstechnik maxon motor GmbH
Sexau bei Freiburg im Breisgau Zum Job 
BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung-Firmenlogo
Wissenschaftliche*r Mitarbeiter*in (m/w/d) der Fachrichtung Maschinenbau, Physikalische Ingenieurwissenschaft, Produktionstechnik, Werkstoffwissenschaft oder vergleichbar BAM - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
Berlin-Steglitz Zum Job 
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
Steinmeyer Mechatronik GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Steinmeyer Mechatronik GmbH
Dresden Zum Job 

Dr. Jean-Yves Desaules vom ISTA beschreibt es anschaulich: „Dieses Phänomen ist vergleichbar mit einer Achterbahn, die mehrere Hügel hat, aber nur ein einziges tiefstes Tal. Die Quantenmechanik könnte dem Universum ermöglichen, spontan in diesen niedrigsten Energiezustand zu wechseln.“

Ein Blick in die Vergangenheit des Universums

Die Forschenden konnten mit ihrer Simulation erstmals beobachten, wie sich Blasen im falschen Vakuum entwickeln. Diese Erkenntnisse liefern wertvolle Hinweise darauf, wie das Universum nach dem Urknall aus einem früheren instabilen Zustand in seinen heutigen Übergangszustand gelangte. Die Studie legt nahe, dass sich dieser Prozess nicht isoliert vollzieht, sondern von vielen Faktoren beeinflusst wird. Kleinere Blasen können größere Blasen beeinflussen und sogar deren Expansion beschleunigen.

Dr. Jaka Vodeb vom Forschungszentrum Jülich erklärt: „Mit dem Quanten-Annealer haben wir die Dynamik eines Prozesses untersucht, der bisher nur theoretisch beschrieben wurde. Unsere Ergebnisse könnten helfen, diese Vorgänge besser zu verstehen und vielleicht sogar mit anderen kosmischen Phänomenen in Verbindung zu bringen.“

Neue Möglichkeiten durch Quantencomputer

Quantencomputer könnten in der Zukunft eine noch wichtigere Rolle in der Grundlagenforschung spielen. Da sie komplexe Systeme auf eine Weise simulieren können, die klassische Supercomputer nicht leisten, bieten sie neue Möglichkeiten zur Untersuchung von Phänomenen, die bisher kaum zugänglich waren.

Auch interessant:

Professor Zlatko Papic von der University of Leeds betont: „Die Zeitskalen dieser Prozesse sind in kosmischen Maßstäben gigantisch. Doch mit dem Quanten-Annealer können wir sie in Echtzeit beobachten und dadurch direkt untersuchen.“

Auswirkungen auf Technologie und Wissenschaft

Die gewonnenen Erkenntnisse sind nicht nur für die Kosmologie von Bedeutung. Sie könnten auch praktische Auswirkungen auf die Weiterentwicklung von Quantencomputern haben. Beispielsweise könnte das bessere Verständnis von Blaseninteraktionen helfen, Fehlerkorrekturen in Quantenprozessoren zu verbessern oder neue Algorithmen zu entwickeln.

Dr. Vodeb fasst zusammen: „Diese Forschung zeigt nicht nur neue Wege auf, um grundlegende physikalische Fragen zu beantworten, sondern könnte auch die Entwicklung von Technologien in Bereichen wie Kryptographie, Materialwissenschaften und energieeffizienter Datenverarbeitung vorantreiben.“

Hier geht es zur Originalpublikation

 

Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Redakteur beim VDI Verlag. Nach dem Studium absolvierte er eine Ausbildung zum Online-Redakteur, es folgten ein Volontariat und jeweils 10 Jahre als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop. Seit September 2022 schreibt er für ingenieur.de.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.