Una risposta a una domanda quanto-fisica fornita dall'algoritmo Melvin ha scoperto un legame nascosto tra gli esperimenti quantistici e il campo matematico della teoria dei grafi. I ricercatori dell'Accademia austriaca delle scienze e dell'Università di Vienna hanno scoperto la profonda connessione tra la fisica quantistica sperimentale e questa teoria matematica nello studio delle soluzioni insolite di Melvin, che sta al di là dell'intuizione umana. Ora riferiscono sul giornale Lettere di revisione fisica .

I fenomeni della fisica quantistica sono perfettamente calcolabili, ma spesso sfuggono alla logica umana. Nel futuro, sarebbero proprio gli algoritmi informatici che potrebbero dare un contributo decisivo alla soluzione di questioni quanto-fisiche, dove la logica umana non va oltre, come è stato dimostrato ora da Melvin. L'algoritmo sviluppato dai ricercatori dell'Accademia austriaca delle scienze (ÖAW) e dell'Università di Vienna è infatti in fase di realizzazione per il calcolo di soluzioni tecniche per esperimenti di fisica quantistica. Per una domanda generale posta l'anno scorso, Melvin ha fornito una soluzione che si è rivelata sorprendentemente pratica, ma inizialmente completamente fuori dal contatto con l'intuizione umana.

Sequenza numerica notevole

"La soluzione potrebbe essere praticamente implementata sotto forma di esperimento in laboratorio, " conferma il fisico quantistico Mario Krenn del gruppo di ricerca di Anton Zeilinger, professore all'Università di Vienna e capogruppo all'Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica dell'Accademia austriaca delle scienze. "Ma all'inizio non capivamo come funziona effettivamente, " continua il ricercatore.

Nell'analisi di questa soluzione calcolata da Melvin, i ricercatori inizialmente tentare nel buio. Fino a quando non arrivarono a una notevole sequenza di numeri nota solo nella cosiddetta teoria dei grafi, un'area sofisticata della matematica che è stata utilizzata per descrivere reti come Internet o le reti neurali.

Nuovi metodi sperimentali

L'approccio insolito, che sarebbe rimasto nascosto ai fisici quantistici, ha spinto gli scienziati a indagare ulteriormente su questa connessione. Come ora riportano nel diario Lettere di revisione fisica , ci sono grandi somiglianze tra la fisica quantistica sperimentale e la teoria dei grafi matematica:se i metodi e le conoscenze della teoria dei grafi vengono utilizzati per calcolare e pianificare un esperimento quantistico, è possibile fare affermazioni molto precise e originali sui risultati. "Le proprietà degli esperimenti quantistici possono essere calcolate usando la teoria dei grafi, e le domande sulla teoria dei grafi possono trovare risposta in esperimenti quantistici, " spiega Krenn. In questo modo, è anche possibile cogliere la tecnologia quantistica come un grafico o una rete per esplorare nuove possibilità sperimentali.

Anche per il fisico quantistico Anton Zeilinger questo ponte, scoperto grazie a Melvin, è molto promettente:"È stato molto sorprendente vedere che esiste una nuova profonda connessione tra la fisica quantistica e la matematica". Quale potenziale concreto racchiude questa scoperta, al momento non è ancora da stimare. "C'è da aspettarselo, "dice Zeilinger, "che questa conoscenza sarà importante per lo sviluppo di entrambe le aree in futuro."