KI nutzen, um die Quanten- und klassischen Welten zu verbinden

Schrödingers Katze ist ein bekanntes Gedankenexperiment in der Quantenmechanik. Es zeigt, wie seltsam und verwirrend die Quantenwelt ist. In diesem Experiment kann eine Katze gleichzeitig lebendig und tot sein, abhängig davon, ob sie beobachtet wird oder nicht. Dieser Artikel untersucht, wie wir künstliche Intelligenz (KI) nutzen können, um zu verstehen, wie die klassische Realität aus quantenmechanischen Regeln entsteht.

#Quantenmechanik und klassische Realität

Die Quantenmechanik beschreibt, wie winzige Teilchen sich auf den kleinsten Skalen verhalten. Diese Welt ist ganz anders als unsere alltäglichen Erfahrungen. In der klassischen Welt haben Objekte klare Positionen und Bahnen. Wenn wir einen Ball fallen lassen, wissen wir, wo er landet. Im Gegensatz dazu können Teilchen im quantenmechanischen Bereich gleichzeitig in vielen Zuständen existieren. Das führt zu Phänomenen wie Unschärfe, bei der wir die Position und Geschwindigkeit eines Teilchens nicht gleichzeitig messen können.

Die neugierige Lücke zwischen diesen beiden Welten – der Quanten- und der klassischen – wirft viele Fragen auf. Wie entstehen die klassischen Realitäten, die wir sehen, aus den zugrunde liegenden quantenmechanischen Verhaltensweisen? Diese Frage wird oft durch das Gedankenexperiment von Schrödingers Katze veranschaulicht, bei dem eine Katze in einer Kiste sich in einem Mix aus lebenden und sterbenden Zuständen befinden kann, bis jemand hineinblickt.

#Die Rolle der Messung

Die Idee der Messung ist zentral für das Verständnis der Quantenmechanik. Wenn wir ein Quantensystem beobachten, zwingen wir es, einen Zustand auszuwählen. Im Fall von Schrödingers Katze bewirkt das Hineinschauen in die Kiste, dass die Katze entweder lebendig oder tot wird. Dieses Phänomen führt zu Fragen darüber, wie der Akt der Messung die Realität beeinflusst.

Es wurden viele Theorien vorgeschlagen, um zu erklären, wie die klassische Realität aus quantenmechanischen Systemen entsteht. Eine Idee ist die Dekohärenz, die vorschlägt, dass ein quantenmechanisches System, wenn es mit seiner Umgebung interagiert, einige seiner quantenmechanischen Eigenschaften verliert. Diese Interaktion kann dazu führen, dass die quantenmechanischen Zustände klassischer erscheinen.

#Verwendung von KI zur Untersuchung der Klassikalität

Diese Forschung untersucht, wie KI verwendet werden kann, um diese Ideen zu erforschen. Wir haben ein Sprachmodell trainiert – eine KI, die aus Daten lernt – auf Informationen, die aus dem quantenmechanischen Zustand von Schrödingers Katze stammen. Damit wollten wir sehen, ob die KI die klassische Realität der Katze basierend auf den verfügbaren quantenmechanischen Informationen lernen kann.

Die KI lernt aus Daten über den Zustand der Katze, die einschliessen, wie die Katze auf ihre Umgebung reagiert. Auch wenn diese Daten quantenmechanische Informationen enthalten, könnte die KI möglicherweise nur klassische Informationen widerspiegeln, je nachdem, wie sie verarbeitet, was sie sieht.

#Die Grenze zwischen Quanten und Klassik

Unsere Forschung identifiziert eine Grenze zwischen der Quanten- und der klassischen Welt. Diese Grenze kann von zwei Dingen abhängen: der Grösse des quantenmechanischen Systems und der Leistungsfähigkeit der klassischen KI, die die Informationen verarbeitet. Eine fortschrittlichere KI könnte besser in der Lage sein, quantenmechanische Informationen zu handhaben und mehr von der quantenmechanischen Natur in der Umgebung einzufangen.

Durch die Untersuchung dieser Grenze können wir sehen, wie das klassische Verständnis der Realität durch unsere Einschränkungen als Beobachter beeinflusst wird. Wenn wir Informationen effizienter verarbeiten könnten, würden wir die quantenmechanische Natur des Universums vielleicht besser erfassen.

#Der Versuchsaufbau

Um unsere Studie durchzuführen, begannen wir mit einem speziellen Zustand, dem sogenannten Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) Zustand. Dieser Zustand dient als Modell für unsere Schrödingers Katze. Wir erstellen diesen Katzenzustand mithilfe einer Reihe von Operationen in einem Quantenschaltkreis.

Durch zufällige lokale Messungen – ähnlich, wie Teilchen mit ihrer Umgebung interagieren – haben wir nachgeahmt, wie der quantenmechanische Zustand der Katze betroffen sein könnte. Das Ziel war, Informationen über diese Messungen zu sammeln und zu sehen, wie viel die KI über den ursprünglichen quantenmechanischen Zustand lernen konnte.

#Training des KI-Modells

Wir verwendeten die Daten aus unseren Messungen, um das KI-Modell zu trainieren. Die KI lernt, Ergebnisse basierend auf den Mustern vorherzusagen, die sie in den klassischen Schatten sieht. Dieser Prozess beinhaltet zu verstehen, wie ein Stück Information zu einer anderen führt – wie das Beantworten einer Frage basierend auf gegebenen Hinweisen.

Wir haben darauf geachtet, wie gut die KI in der Lage war, den ursprünglichen quantenmechanischen Zustand zu rekonstruieren. Wenn die KI stark genug war, könnte sie in der Lage sein, den Zustand der Katze zu imitieren und zu wissen, ob sie lebendig oder tot ist, basierend auf vorherigen Informationen.

#Messung der KI-Leistung

Nach dem Training haben wir die Leistung unserer KI in verschiedenen Situationen getestet. Wir wollten sehen, wie gut sie die Natur des Zustands der Katze erfassen konnte, und wir verwendeten verschiedene Modelle, die wie verschiedene Arten von KIs agierten, jede mit unterschiedlichen Komplexitätsgraden.

Einige Modelle konnten den Zustand der Katze genau vorhersagen, während andere Schwierigkeiten hatten. Als wir die Kapazitäten der Modelle zur Informationsverarbeitung anpassten, stellten wir fest, dass das Verständnis des quantenmechanischen Verhaltens der Katze abnahm, als der Informationsengpass enger wurde. Das bedeutet, dass je mehr Einschränkungen wir der KI auferlegten, desto weniger konnte sie die quantenmechanischen Informationen verstehen.

#Verständnis von Kohärenz

Ein weiterer Aspekt, den wir erkundet haben, war Kohärenz – die Fähigkeit eines quantenmechanischen Zustands, in Superposition zu bleiben. Um zu sehen, ob die KI dieses Konzept verstehen konnte, haben wir Szenarien eingerichtet, in denen wir den quantenmechanischen Zustand bewahrt haben, anstatt ihn in klassische Bits zerfallen zu lassen. Dann haben wir der KI voraussagende Fragen basierend auf dem bewahrten Zustand gestellt, um zu sehen, ob sie die Kohärenz korrekt bestimmen konnte.

#Erkenntnisse aus den Modellen

Durch diese Experimente haben wir verschiedene Modelle ausgewählt, um ihre Ansätze zum Verständnis des Zustands der Katze zu analysieren. Einige Modelle, wie Atlas, waren in der Lage, die quantenmechanische Natur von Schrödingers Katze zu erkennen, während andere, wie Cygnus, es nicht schafften, die notwendigen Informationen zu erfassen. Die Unterschiede in ihren Fähigkeiten verdeutlichten die feine Art und Weise, wie KI mit quantenmechanischen Informationen interagiert.

#Auswirkungen der Erkenntnisse

Unsere Forschung legt nahe, dass die Art, wie wir Informationen verarbeiten, unser Verständnis der Quantenwelt einschränken könnte. Während die Quantenmechanik alles regiert, drehen sich unsere Erfahrungen hauptsächlich um klassische Realität. Diese Diskrepanz könnte erklären, warum wir die Welt oft auf eine klassische Weise wahrnehmen, trotz ihrer quantenmechanischen Natur.

Darüber hinaus bringen unsere Erkenntnisse neue Herausforderungen für die Verwendung von KI beim Studium quantenmechanischer Zustände mit sich. Wenn man mit grösseren quantenmechanischen Systemen arbeitet, erfassen traditionelle KI-Methoden möglicherweise nicht alle wesentlichen Merkmale dieser Zustände. Das kann zu unvollständigen oder ungenauen Interpretationen des quantenmechanischen Verhaltens führen.

#Zukunftsperspektiven

In der Zukunft wollen wir unser Verständnis erweitern, wie KI quantenmechanische Informationen verarbeiten kann. Wir planen, Wege zur Verbesserung des Repräsentationslernens zu erkunden, sodass KI komplexe Daten besser erfassen kann. Durch die Verfeinerung dieser Techniken hoffen wir, KI-Systeme dazu zu bringen, quantenmechanische Zustände und Operatoren besser zu verstehen.

Unsere Forschung hebt das Potenzial hervor, KI zur Bereitstellung von Einblicken in den Quantenbereich zu nutzen. Mit der wachsenden Verfügbarkeit quantenmechanischer Daten, insbesondere von intermediären Systemen, gibt es eine spannende Gelegenheit, KI-Modelle zu trainieren, die unser Verständnis der Quantenmechanik erweitern können.

Während wir weiterarbeiten, werden wir die Herausforderungen untersuchen, sicherzustellen, dass die KI innerhalb der physikalischen Grenzen quantenmechanischer Zustände bleibt, sowie die Möglichkeiten, unseren Ansatz auf komplexere Messungen auszudehnen. Durch die Kombination dieser Strategien hoffen wir, KI zu einem mächtigeren Werkzeug zur Erschliessung der Geheimnisse der Quantenphysik zu machen.