Das Universum kann als superstarkes Computergerät verwendet werden, das millionenfach schneller nach Antworten auf superkomplexe Probleme suchen kann als ein hypothetischer Quantencomputer aus genau so vielen Atomen, sagen Mathematiker in einem Artikel in Physical Review D.
„Heute glauben wir, dass Quantencomputer letztendlich moderne elektronische Supercomputer ersetzen werden. Wir haben über eine andere Frage nachgedacht: Kann die Menschheit mit Schwarzen Löchern und den Postulaten der Quantenfeldtheorie etwas noch Mächtigeres erschaffen? “, Sagte Stephen Jordan vom National Institute of Standards and Technology (USA).
In den letzten Jahren hat die Menschheit begonnen, sich der Tatsache zu stellen, dass viele Rechenprobleme mit modernen Supercomputern nicht gelöst werden können, selbst für eine Zeit, die mit der Lebensdauer des Universums vergleichbar ist. Dazu gehören sowohl rein wissenschaftliche Probleme - die Berechnung der Expansionsrate des Universums oder die Aufdeckung der dreidimensionalen Form komplexer Moleküle - als auch viele praktische Probleme wie die Verteilung der Verkehrsströme oder die Optimierung der Wirtschaft.
Viele dieser Probleme können mit zwei relativ neuen Ansätzen zum Rechnen gelöst werden - mit neuronalen Netzen und Quantencomputern. Ersteres kann unnötige Daten „herausfiltern“und die Menge der verarbeiteten Informationen erheblich reduzieren, während die Leistung des letzteren mit zunehmender Anzahl ihrer Elemente exponentiell zunimmt.
Laut Jordanien haben sich Physiker und Mathematiker bei der Entwicklung der ersten "großen" Quantencomputer, die aus mehreren Dutzend Qubits bestehen, gefragt, wie groß solche Maschinen sein können. Wie der Wissenschaftler feststellt, verhindert im Prinzip nichts die Schaffung eines Quantencomputers, der alle Atome des Universums enthält. Es stellt sich die Frage, wie unbegrenzt die Möglichkeiten sein werden.
Selbst eine solche Maschine wird, wie die Berechnungen von Jordan und seinen Kollegen zeigen, nicht allmächtig sein - zum Beispiel wird die genaue Bestimmung der sogenannten kosmologischen Konstante, der Energiedichte des Vakuums, einem Schlüsselparameter der Relativitätstheorie und der modernen Kosmologie, länger dauern als das gesamte Universum existiert.
Diese Tatsache stellt Kosmologen vor die "unlösbare" Frage: Warum existiert das Universum und warum hat der Raum an allen Punkten die gleichen Eigenschaften und wie kann bestimmt werden, wie viele Dimensionen in ihm existieren und welche Werte der kosmologischen Konstante für jeden von ihnen charakteristisch sind. Wenn das Universum dieses Problem nicht "lösen" könnte, hätte es inhomogene Eigenschaften, die in der Realität nicht beobachtet werden.
Amerikanischen Mathematikern zufolge kann die Antwort auf dieses Rätsel erhalten werden, wenn wir das gesamte Universum als eine Art Einsteins Computer betrachten, der in der Lage ist, das Verhalten des Universums gemäß den Prinzipien der Relativitätstheorie und der Quantenfeldtheorie zu berechnen. Mit anderen Worten, das Universum muss in der Lage sein, sich selbst zu "berechnen", um in der Form zu existieren, in der wir es heute beobachten.
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Mit einer ähnlichen Idee haben Wissenschaftler einen Algorithmus entwickelt, der die Werte der kosmologischen Konstante mit einer Genauigkeit von 120 Nullen nach dem Dezimalpunkt in nur einer Stunde mithilfe eines Quantencomputers berechnen kann. Dabei werden Daten verwendet, die von Teleskopen und anderen wissenschaftlichen Instrumenten bei der Beobachtung verschiedener Arten von Feldern im Universum gesammelt wurden.
In ähnlicher Weise ist es laut Jordan und seinen Kollegen möglich, andere mathematische und statistische Probleme zu lösen, die außerhalb der Macht von Quantencomputern liegen und nicht nur die Geschichte der Geburt des Universums betreffen, sondern auch gewöhnlichere Probleme, einschließlich solcher kryptografischer Natur.
