Diese Zenodo-Version bietet eine transparente, öffentlich reproduzierbare Scorecard und ein Proxy-Framework zum Vergleich von Neutralatom-Arrays und gefangenen Ionenplattformen im Rahmen des Tunnel-Schwingungs-Modells (TSM). Version 2.0 führt eine strikte Trennung der Datenspuren ein: (i) eine digitale Gatter-Spur, basierend auf veröffentlichten Zwei-Qubit-Fidelity-Werten und zugehörigen Benchmark-Ergebnissen (z. B. RB/DRB/XEB, sofern angegeben), abgebildet auf einen explizit deklarierten Resonanz-Proxy (F_res) und einen kapazitätsbegrenzten Score (F_cap) mit quantilbasierter Zonenzuordnung; und (ii) eine analoge Hamilton-Simulations-Spur (AHS), dokumentiert durch Rohleistungsindikatoren (z. B. Kohärenz-zu-Laufzeit-Verhältnisse und SPAM-/Verlust-Untergrenzen), da Zwei-Qubit-Gatter-Metriken nicht direkt anwendbar sind. Der Datensatz enthält ausschließlich öffentlich verfügbare Daten und ist auf Nachvollziehbarkeit ausgelegt, einschließlich Herkunftsangaben und einer minimalen Checkliste für die „Zonenbereitschaft“. Eine Sensitivitätsanalyse der wichtigsten Annahmen (Phasenuntergrenze und Kapazitätsquantil) zeigt die Robustheit und mögliche Fehlerquellen der Zonenklassifizierung auf. Das Paket enthält das Rahmenpapier (Version 2.0), CSV-Datensätze, Abbildungen und ein reproduzierbares Python-Skript für Proxy-Berechnungen. Es dient als Benchmarking- und Transparenzinstrument, nicht als Behauptung des „besten“ Systems und auch nicht als Beweis neuer physikalischer Erkenntnisse.
Diese Zenodo-Version bietet eine transparente, öffentlich reproduzierbare Scorecard und ein Proxy-Framework zum Vergleich von Neutralatom-Arrays und gefangenen Ionenplattformen im Rahmen des Tunnel-Schwingungs-Modells (TSM). Version 2.0 führt eine strikte Trennung der Datenspuren ein: (i) eine digitale Gatter-Spur, basierend auf veröffentlichten Zwei-Qubit-Fidelity-Werten und zugehörigen Benchmark-Ergebnissen (z. B. RB/DRB/XEB, sofern angegeben), abgebildet auf einen explizit deklarierten Resonanz-Proxy (F_res) und einen kapazitätsbegrenzten Score (F_cap) mit quantilbasierter Zonenzuordnung; und (ii) eine analoge Hamilton-Simulations-Spur (AHS), dokumentiert durch Rohleistungsindikatoren (z. B. Kohärenz-zu-Laufzeit-Verhältnisse und SPAM-/Verlust-Untergrenzen), da Zwei-Qubit-Gatter-Metriken nicht direkt anwendbar sind. Der Datensatz enthält ausschließlich öffentlich verfügbare Daten und ist auf Nachvollziehbarkeit ausgelegt, einschließlich Herkunftsangaben und einer minimalen Checkliste für die „Zonenbereitschaft“. Eine Sensitivitätsanalyse der wichtigsten Annahmen (Phasenuntergrenze und Kapazitätsquantil) zeigt die Robustheit und mögliche Fehlerquellen der Zonenklassifizierung auf. Das Paket enthält das Rahmenpapier (Version 2.0), CSV-Datensätze, Abbildungen und ein reproduzierbares Python-Skript für Proxy-Berechnungen. Es dient als Benchmarking- und Transparenzinstrument, nicht als Behauptung des „besten“ Systems und auch nicht als Beweis neuer physikalischer Erkenntnisse.
Dieses Release ist Teil der **TSM Vergleichsreihe — Textfassungen** und dokumentiert ein Mapping zentraler Motive der jeweiligen Disziplin in das **Tunnel‑Schwingungs‑Modell (TSM)**. Quantenmechanik und Quantenfeldtheorie (QFT) beschreiben Naturprozesse mit extremer Präzision. Zugleich erzeugt gerade die Messproblematik (Update-Regel, Dekohärenz, Interpretation) in interdisziplinären Kontexten typische Kategorienfehler: „Bewusstsein kollabiert die Welle“, „alles ist nur Information“, oder umgekehrt „QM ist reiner Formalismus ohne Realität“. Dieses Working Paper positioniert das Tunnel-Schwingungs-Modell (TSM) nicht als alternative Physik, sondern als Ergänzungsrahmen für eine Diagnosesprache der Kopplung: Wie sind Zustandsbeschreibung, Messkette, Umweltkopplung und Modellannahmen miteinander gebunden (Referenzbindung), und wann kippt eine Deutung in semantische Überdehnung? Das Paper entwickelt ein funktionslogisches Mapping zwischen QM/QFT-Kernbegriffen (Superposition, Dekohärenz, Verschränkung, Messkette) und TSM-Operatoren (Real/Anti/Tunnel, τ als Rückbindungsqualität, K/R/F-Regime). TSM-Erweiterungen werden eng begrenzt: (1) Unterscheidung zwischen formaler Kohärenz (Interferenzfähigkeit) und „Rückholfähigkeit“ in Modellketten (τ), (2) Interferenz als Störung in Interpretationsketten (nicht als „mystischer Beobachter“), (3) Referenzbindung als Minimalstandard, um physikalische Aussagen von metaphysischen Ableitungen zu trennen. Ein Demonstrator über drei Skalen (Doppelspalt/Dekohärenz; Messkette in Laborpraxis; Vakuumfluktuationen/Casimir als Messkontext) zeigt den Nutzen. Prüfbarkeit wird konzeptionell formuliert.**KI‑Transparenzhinweis:** Teile der redaktionellen Ausarbeitung (Strukturierung, Formulierungen, Konsistenzchecks) wurden KI‑gestützt erstellt; die inhaltliche Verantwortung, Prüfung und Freigabe liegen vollständig bei den Autor:innen.
Dieses Working Paper bildet die zweite Säule der TSM-Physik-Kalibrierungsreihe. Es untersucht die ersten Ergebnisse des Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) als Kalibrierungsfall für Phasenordnung und oszillatorische Realform-Lesbarkeit im Tunnel-Schwingungs-Modell. Fachphysikalisch beruht der JUNO-Fall auf Reaktor-Antineutrino-Oszillation, Mischungswinkeln, Massendifferenzen und L/E-abhängigen Interferenzmustern. Das Paper ersetzt keine etablierte Neutrinophysik und formuliert keine konkurrierende Theorie. Es nutzt JUNO als klaren physikalischen Anker dafür, dass beobachtbare Identität in der Quantenphysik nicht als starre Ding-Eigenschaft verstanden werden muss, sondern als phasenabhängige Mess- und Zustandsordnung. Im Verhältnis zur ALICE-Säule zeigt JUNO eine komplementäre Ordnungsrolle: Während ALICE materielle Identität als Bindungsordnung sichtbar macht, zeigt JUNO Teilchenidentität als Phasenordnung. Die sichtbare Real-Seiten-Spur entsteht im TSM-Verständnis dort, wo ein kohärenter Zustandsraum durch Messung und Wechselwirkung lesbar wird. Transparenzhinweis zu KI-UnterstützungDieses Paper wurde teilweise KI-gestützt erstellt (Text-/Strukturredaktion, Formatierung, Konsistenzprüfungen). Alle inhaltlichen Setzungen, Hypothesen, Schlussfolgerungen und die TSM-Interpretation liegen bei der Autorin / dem Projekt. Es wurden keine personenbezogenen Daten verarbeitet.
Die Numerische-Renormierungsgruppe (NRG) hat sich zu einem Standardwerkzeug zur Simulation von Quantenstörtstellensystemen bei tiefen Temperaturen entwickelt. Für solche Simulationen sind drei Schritte notwendig: das Bad wird logarithmisch diskretisiert, auf eine Wilson Kette abgebildet und diese wird iterativ diagonalisiert. Für die NRG existieren zahlreiche Erweiterungen, von denen zwei für diese Arbeit relevant sind: zum einen die Behandlung bosonischer Systeme und zum anderen die Untersuchung von zeitabhängingen Prozessen. Wir stellen fest, dass die bosonische NRG falsche kritische Exponenten für den Phasenübergang des Spin-Bose-Modells (SBM) liefert und dass bei Nicht-Gleichgewichtsrechnungen Diskrepanzen zwischen den Ergebnissen eines kontinuierlichen und eines diskretisierten Bades bestehen. Durch die iterative Diagonalisierung der Wilson-Kette wird auf jeder Iterationsstufe eine Restkette vernachlässigt. Bei bosonischen Systemen führt dies zu einer iterationsabhängigen Renormierung der kritischen Kopplung. Anhand des Spin-Bose-Modells im sub-ohmischen Regime zeigen wir, dass dieser Effekt zu falschen kritischen Exponenten führt. Mit Dichtematrix-Renormierungsgruppe (DMRG) Rechnungen zeigen wir, dass man, unter Berücksichtigung der Restkette, die korrekten kritischen Exponenten bestimmen kann. Dies setzt eine optimierte bosonische Basis voraus, die wir während der DMRG variationell bestimmen. Anhand von Nicht-Gleichgewichtsberechnungen für das Resonant-Level-Model (RLM) zeigen wir, dass die logarithmische Baddiskretisierung zu unphysikalischen Ergebnissen der Störstellenbesetzung führt. Die Ursache hierfür führen wir auf interne Reflektionen einer Ladungswelle in der Wilson-Kette zurück. Um diese zu vermeiden, schlagen wir einen optimierten aus zwei aneinandergehängten Wilson-Ketten Kettenaufbau vor. Da es bei diesen Systemen keine klare Trennung der Energieskalen mehr gibt, ist die NRG nicht für die Berechnung solcher Systeme geeignet. Daher entwickeln wir eine neue Hybrid-Methode, bei der die NRG einen effektiven Niederenergie-Hamiltonoperator erzeugt, der anschließend mit der zeitabhängigen Dichtematrix-Renormierungsgruppe (TD-DMRG) simuliert wird. Durch dieses Schema erreicht man Zeitskalen, die sonst mit der TD-DMRG unerreichbar bleiben. Die neue Methode wird am RLM getestet. Als erste Anwendung der neuen Methode wird diese auf das wechselwirkende Resonant-Level-Modell (IRLM) angewendet. Bei diesem Modell beobachten wir durch die Wechselwirkung hervorgerufene Oszillationen und neue Zeitskalen, die keine thermodynamische Entsprechung haben. Die Ergebnisse der neuen Hybrid-Methode reproduzieren analytische Vorhersagen basierend auf einer 1/U Entwicklung. Die neue Hybrid-Methode liefert nicht nur in den Grenzwerten U gegen 0 und U gegen unendlich korrekte Ergebnisse, sondern ist im vollständigen Parameterregime anwendbar.
Simulationen ermöglichen die Untersuchung komplexer Phänomene in einer sicheren und kontrollierten Umgebung. Dabei wird ein breites Spektrum an Anwendungen abgedeckt, das sich weit über die Naturwissenschaften hinaus bis in das alltägliche Leben erstreckt. So werden beispielsweise die aerodynamischen Eigenschaften von Fahrzeugen in Windkanälen studiert, bevor eine Serienproduktion in Auftrag gegeben wird. Scher- und Kompressionsbelastungen von Bauwerken werden anhand von Modellen im kleinen Maßstab untersucht und die verwendeten Materialien auf bis über ihre Belastungsgrenze hinaus ausgiebig getestet. Diese Art von Simulationen ist analog: eine Problemstellung wird physisch im kleinen Maßstab nachgebildet und das Testsystem direkt beobachtet. Mit fortschreitender Entwicklung der Computertechnik wurden Simulationen zunehmend digitalisiert. Hierbei werden komplexe Abläufe in der Natur durch mathematische Modellierung und Algorithmen so gut wie möglich abgebildet. Die Fähigkeiten dieser Systeme überschreiten jene analoger Simulatoren und ermöglichen den Zugang zu Regimen, die andernfalls nur unter enormem Aufwand studiert werden können. In einem digitalen Computer wird Information als Sequenz von Zahlen im Binärsystem dargestellt. Die kleinste Informationseinheit bildet das Bit, welches einen der zwei Zustände Null oder Eins annehmen kann. Mithilfe programmierbarer Schaltkreise wird eine kleine Anzahl von wenigen fundamentalen logischen Operationen realisiert, welche die Grundbausteine für komplexere Algorithmen darstellen. Eine digitale Simulation implementiert ein mathematisches Modell und leitet den Computer an, dieses für gewisse Parameter auszuwerten. Das Ergebnis dieser Berechnungen ist eine gute Näherung an das reale Verhalten eines physikalischen Systems. In vielen Bereichen sind diese Simulationen mehr als ausreichend um ein Fragestellung zufriedenstellend zu beantworten. Doch gerade in der Hochenergie- und Quantenphysik stößt ein klassischer digitaler Prozessor schnell an seine Grenzen. Einer der Gründe ist die rasch anwachsende Zahl an Freiheitsgraden, welche die Berechnungen verkomplizieren oder gar unmöglich machen. Abhilfe versprechen hier Quantencomputer, die durch Superposition und Verschränkung einige Limitierungen klassischer Computer auf natürliche Weise überwinden. Viele Konzepte der klassischen Informationstheorie wurden auf Quantencomputer übertragen, darunter auch die binäre Kodierung von Information in Quanten-Bits (Qubits). Quantensysteme sind jedoch von Natur aus hochdimensional und bieten daher die Möglichkeit, Information in mehr als nur zwei Zuständen zu codieren. Diese Quanten-Digits (Qudits) bieten ein enormes Potential mit Anwendungen im Bereich der Simulation von Vielteilchensystemen, Hochenergiephysik und der Entwicklung von fehlertoleranter Quanteninformationsverarbeitung. In der vorliegenden Arbeit wird ein digitaler Qudit-Quantenprozessor vorgestellt, welcher auf einem bereits bestehenden Ionenfallen-Quantencomputer aufbaut. In diesem System werden Qudits in den elektronischen Zuständen gefangener Kalzium-Ionen codiert und mit präzisen, kohärenten Laserpulsen kontrolliert. Die so realisierten Operationen, auch Quantengatter genannt, ermöglichen die Implementierung komplexer Algorithmen. Es wird eine Erweiterung des vorhandenen Gattersatzes präsentiert, welche die Manipulation eines Qudits unter einer Bedingung, die an den Zustand eines weiteren Qudits geknüpft ist, erlaubt. Die Grundlage für dieses controlled-rotation Gatters bildet das von Cirac und Zoller vorgestellte controlled-NOT Gatter, das sich auf höherdimensionale Systeme fortsetzen lässt. Eine reduzierte Variante dieses neuen Gatters wird in der Quantensimulation eines Vielteilchensystems angewandt. Hierbei werden die Grundzustände des Su-Schrieffer-Heeger Modells, das eine dimerisierte Spin-Kette beschreibt, mit einem hybriden Algorithmus erzeugt. Der Quantenprozessor wird mit einem klassischen Computer gekoppelt, welcher die Energie des erzeugten Zustandes misst. Auf Basis des Ergebnisses werden die Parameter der Quantengatter angepasst und die Energie erneut gemessen. Dieser Prozess wird wiederholt bis ein energetisches Minimum erreicht wird. Der damit verbundene Zustand stellt eine gute Annäherung an den tatsächlichen Grundzustand des Modells dar. Mithilfe dieser Methode wird ein topologischer Phasenübergang untersucht und ein Symmetriebruch beobachtet. In einem weiteren Experiment werden Phänomene der Quantenelektrodynamik (QED) bei verschiedenen Kopplungsstärken simuliert. QED ist eine Gittereichtheorie, welche die Wechselwirkung zwischen geladenen massiven Teilchen und Feldern beschreibt. Die Eichfelder sind dabei von Natur aus hochdimensional und lassen sich daher ideal durch Qudits darstellen. In dieser Arbeit wird die Kopplung zwischen einem Eichfeld und dynamischer Materie simuliert. Hierbei wird eine viereckige Plakette betrachtet, welche von Teilchen und Antiteilchen besetzt wird, die durch Qubits abgebildet werden. Das Feld ist an den Kanten der Plakette ausgebildet und beeinflusst die Dynamik des Systems maßgeblich. Hier wird erstmalig der Aufbau eines Magnetfeldes simuliert, sowie eine Verbesserung der Genauigkeit mit zunehmender Dimension des Eichfeldes beobachtet.
Wir befinden uns an der Schwelle einer Revolution zu einer Quantentechnologie, die nicht nur auf der passiven Nutzung von Quanteneffekten, sondern auf ihrer aktiven Kontrolle beruht.An vorderster Front beinhaltet dies die Realisierung eines Quantencomputers.Das Kodieren von Informationen in Quantenzuständen als "Qubits" erlaubt es, Verschränkung und Quantensuperposition zu nutzen, um Rechnungen durchzuführen, die auf einem klassischen Computer unpraktikabel sind.Eine zentrale Schwierigkeit ist es dabei, Dekohärenz zu vermeiden -der Verlust von Quanteneigenschaften aufgrund ungewollter Wechselwirkung mit der Umgebung.Diese Arbeit thematisiert die Realisierung verschränkender Zwei-Qubit-Gatter, die sowohl gegenüber Dekohärenz als auch klassischen Störeinflüssen robust sind.Sie behandelt dabei drei Aspekte: die Nutzung effizienter numerischer Methoden zur Simulation und optimaler Kontrolle offener und geschlossener Quantensysteme, die Rolle fortgeschrittener Optimierungsfunktionale zur Begünstigung von Robustheit, sowie die Anwendung dieser Techniken auf zwei führende Umsetzungen von Quantencomputern, gefangene Atome und supraleitende Schaltkreise.Nach einem Überblick über die theoretischen und numerischen Grundlagen beginnt der zentrale Teil dieser Arbeit mit der Idee einer Ensembleoptimierung, um Robustheit sowohl gegenüber klassischen Fluktuationen als auch Dekohärenz zu erreichen.Für das Beispiel eines kontrollierten Phasengatters auf gefangenen Rydberg-Atomen wird gezeigt, dass Gatter erreichbar sind, die um mindestens eine Größenordnung robuster sind als der beste bekannte analytische Ansatz.Darüber hinaus bleibt diese Robustheit selbst dann erhalten, wenn die Gatterdauer signifikant gegenüber der kurzmöglichsten Dauer des analytischen Gatters verkürzt wird.Supraleitenden Schaltkreise sind eine besonders vielversprechende Architektur zur Implementierung eines Quantencomputers.Ihre Flexibilität wird durch Optimierungen sowohl für diagonale als auch nicht-diagonale Gatter gezeigt.Um Robustheit gegenüber Dekohärenz zu gewährleisten, ist es essentiell, das Gatter in so kurzer Zeit wie möglich zu realisieren.Das Erreichen dieses Ziels wird durch die Optimierung hin zu einem beliebigen v perfekten Verschränker erleichtert, basierend auf einer geometrischen Theorie der Zwei-Qubit-Gatter.Für das Beispiel supraleitender Qubits wird gezeigt, dass dieser Ansatz zu kürzeren Gatterzeiten, höheren Fidelitäten, sowie schnellerer Konvergenz führt, im Vergleich zur Optimierung hin zu vorausbestimmten, festen Zwei-Qubit-Gattern.Eine Optimierung im Liouville-Raum zur sauberen Berücksichtigung von Dekohärenzeffekten ist mit erheblichen numerischen Herausforderungen verbunden, da die Dimension im Vergleich zum Hilbert-Raum quadratisch wächst.Es kann allerdings gezeigt werden, dass es für ein unitäres Optimierungsziel ausreichend ist, höchstens drei Zustände anstelle der vollen Basis des Liouville-Raums zu propagieren.Sowohl für das Beispiel gefangener Rydberg-Atome also auch für supraleitende Qubits wird die erfolgreiche Optimierung von Quantengattern gezeigt, mit einem numerischen Aufwand, der weit unterhalb der bisher angenommenen Untergrenze liegt.Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit zu einem umfassenden Gerüsts zur Optimierung robuster Quantengatter, und bereiten den Weg für die mögliche Realisierung eines Quantencomputers.vi
Die
Numerische-Renormierungsgruppe (NRG) hat sich zu einem
Standardwerkzeug zur Simulation von Quantenstortstellensystemen bei
tiefen Temperaturen entwickelt. Fur solche Simulationen sind drei
Schritte notwendig: das Bad wird logarithmisch diskretisiert, auf
eine Wilson Kette abgebildet und diese wird iterativ
diagonalisiert. Fur die NRG existieren zahlreiche Erweiterungen,
von denen zwei fur diese Arbeit relevant sind: zum einen die
Behandlung bosonischer Systeme und zum anderen die Untersuchung von
zeitabhangingen Prozessen. Wir stellen fest, dass die bosonische
NRG falsche kritische Exponenten fur den Phasenubergang des
Spin-Bose-Modells (SBM) liefert und dass bei
Nicht-Gleichgewichtsrechnungen Diskrepanzen zwischen den
Ergebnissen eines kontinuierlichen und eines diskretisierten Bades
bestehen. Durch die iterative Diagonalisierung der Wilson-Kette
wird auf jeder Iterationsstufe eine Restkette vernachlassigt. Bei
bosonischen Systemen fuhrt dies zu einer iterationsabhangigen
Renormierung der kritischen Kopplung. Anhand des Spin-Bose-Modells
im sub-ohmischen Regime zeigen wir, dass dieser Effekt zu falschen
kritischen Exponenten fuhrt. Mit Dichtematrix-Renormierungsgruppe
(DMRG) Rechnungen zeigen wir, dass man, unter Berucksichtigung der
Restkette, die korrekten kritischen Exponenten bestimmen kann. Dies
setzt eine optimierte bosonische Basis voraus, die wir wahrend der
DMRG variationell bestimmen. Anhand von
Nicht-Gleichgewichtsberechnungen fur das Resonant-Level-Model (RLM)
zeigen wir, dass die logarithmische Baddiskretisierung zu
unphysikalischen Ergebnissen der Storstellenbesetzung fuhrt. Die
Ursache hierfur fuhren wir auf interne Reflektionen einer
Ladungswelle in der Wilson-Kette zuruck. Um diese zu vermeiden,
schlagen wir einen optimierten aus zwei aneinandergehangten
Wilson-Ketten Kettenaufbau vor. Da es bei diesen Systemen keine
klare Trennung der Energieskalen mehr gibt, ist die NRG nicht fur
die Berechnung solcher Systeme geeignet. Daher entwickeln wir eine
neue Hybrid-Methode, bei der die NRG einen effektiven
Niederenergie-Hamiltonoperator erzeugt, der anschliesend mit der
zeitabhangigen Dichtematrix-Renormierungsgruppe (TD-DMRG) simuliert
wird. Durch dieses Schema erreicht man Zeitskalen, die sonst mit
der TD-DMRG unerreichbar bleiben. Die neue Methode wird am RLM
getestet. Als erste Anwendung der neuen Methode wird diese auf das
wechselwirkende Resonant-Level-Modell (IRLM) angewendet. Bei diesem
Modell beobachten wir durch die Wechselwirkung hervorgerufene
Oszillationen und neue Zeitskalen, die keine thermodynamische
Entsprechung haben. Die Ergebnisse der neuen Hybrid-Methode
reproduzieren analytische Vorhersagen basierend auf einer 1/U
Entwicklung. Die neue Hybrid-Methode liefert nicht nur in den
Grenzwerten U gegen 0 und U gegen unendlich korrekte Ergebnisse,
sondern ist im vollstandigen Parameterregime anwendbar.%%%%Since
its proposal in 1975 the numerical renormalization group (NRG) has
developed to a widely used standard tool to simulate quantum
impurity system (QISs) at low temperatures. The…