Quantenteleportationsenergie: Ist die Gewinnung von Energie aus dem Vakuum Realität?

Es ist wie Science-Fiction: Die Vakuumenergie wird von einem Ort unsichtbar an einen weit entfernten Ort übertragen.

Geschrieben von Yin Zhangqi (Beijing Institute of Technology)

Links im obigen Bild: Im Vakuumzustand kann keine freie Energie gewonnen werden; Rechts im obigen Bild: Konzeptdiagramm der Quantenteleportationsenergie; Drittes Bild: Schematische Darstellung des Energieschemas der Quantenteleportation. Bildquelle: Referenz [1]

Die Quantenteleportation von Energie scheint sehr unorthodox, da sie die Entwicklung und Nutzung der Vakuum-Nullpunktenergie erfordert. Im Gegensatz dazu gibt es in Science-Fiction-Romanen zahlreiche ähnliche Konzepte. Daher erhielt die Arbeit nach ihrer Veröffentlichung in Physical Review D (PRD) [2] keine große Aufmerksamkeit. Aber Masahiro Horita bestand darauf, diese Idee weiterzuentwickeln. Im Jahr 2011 schlugen er und seine Kollegen vor, dass der Quanten-Hall-Effekt zur Übertragung unsichtbarer Quantenenergie genutzt werden könnte, und erfreulicherweise beantragten sie entsprechende Fördermittel. Unglücklicherweise wurden sie vom großen Ostjapanischen Erdbeben im Jahr 2011 und dem darauffolgenden Tsunami heimgesucht und ihre Versuchsanlagen wurden zerstört.

Im Jahr 2013 wurde Masahiro Horita eingeladen, in Kanada einen Vortrag zu halten, und er erzählte Martín-Martínez und anderen am IQC Institute der University of Waterloo in Kanada von dieser Idee, was deren Interesse weckte. Sie entdeckten bald, dass die Idee der Quantenteleportation von Energie dazu beitragen könnte, die Quantencomputertechnologie zu verbessern. Eine der Schlüsseltechnologien bei der Entwicklung von Quantencomputern ist die Initialisierung von Quantenbits, sie ist jedoch durch Vakuumfluktuationen eingeschränkt. Basierend auf der Idee der Quantenteleportation schlugen sie 2017 ein theoretisches Schema zur Initialisierung von Quantenbits vor[4]. Nach Jahren experimenteller Technologieverbesserung haben sie vor kurzem endlich die Quantenteleportation von Energie in einem Kernspinresonanzsystem experimentell nachgewiesen. [5]

Im Experiment bereiteten sie die beiden Atome zunächst auf einen bestimmten Grundzustand niedrigster Energie vor: einen starken lokalen passiven Zustand. Aus keiner lokalen Operation an einem der Atome kann Energie gewonnen werden und zwischen den Atomen besteht eine Quantenverschränkung. Sie gaben dann Impulse an Atom A und Hilfsatom C ab und aktivierten die Kopplung zwischen ihnen, sodass Hilfsatom C Informationen über Atom A gewinnen konnte, während gleichzeitig sichergestellt wurde, dass dieser Vorgang die Energie von Atom B nicht veränderte. Dann aktivierten sie die Kopplung zwischen Atom C und Atom B, was der Übertragung von Informationen von Atom A auf Atom B entspricht. Nach dieser Reihe von Vorgängen können wir lokale Vorgänge nutzen, um Energie von Atom B zu gewinnen. Die obigen experimentellen Schritte können in nur 37 Millisekunden abgeschlossen werden, während die für die Energieübertragung von Atom A auf Atom B erforderliche Zeit eine Sekunde beträgt, was viel länger ist als die experimentelle Zeit. Dieser Artikel wurde von Physical Review Letters (PRL) angenommen [6]. Acht Monate nachdem dieses Experiment auf der Preprint-Website veröffentlicht wurde, verifizierte ein anderer Wissenschaftler unabhängig die Quantenteleportation von Energie auf Basis der IBM-Quanten-Cloud-Plattform [7].

Obwohl es 15 Jahre dauerte, bis die Quantenteleportation von Energie nachgewiesen werden konnte, sind die aktuellen Experimente nicht sehr zufriedenstellend. Aus theoretischer Sicht handelt es sich lediglich um eine Art Quantensimulation. Professor Masahiro Horita arbeitet an der Weiterentwicklung experimenteller Schemata auf der Grundlage kondensierter Materiesysteme, um eine Quantenteleportation von Energie auf der Grundlage von Randströmen in siliziumbasierten Systemen (die natürlicherweise eine Quantenverschränkung aufweisen) zu erreichen. Die Theorie der Quantenteleportationsenergie hat auch einen potenziellen Anwendungswert in Bereichen wie der Schwarzlochphysik und der Quantenfeldtheorie der gekrümmten Raumzeit.

Verweise

[1] http://www.tuhep.phys.tohoku.ac.jp/~hotta/extended-version-qet-review.pdf

[2] http://www.tuhep.phys.tohoku.ac.jp/~hotta/

[3] https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.78.045006

[4] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.050502

[5] https://arxiv.org/abs/2203.16269

[6] https://journals.aps.org/prl/accepted/74074Yf4Fc91c98230f91f68b90ad23c070a51171

[7] https://arxiv.org/abs/2301.02666

Dieser Artikel wird vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützt

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

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