Hier geht´s zu allen Teilen der Serie: Teil 1 – Teil 2 – Teil 3 – Teil 4 – Teil 5 – Teil 6 – Teil 7

Wie gesagt, heute erweitern wir unseren Wortschatz ungemein.

Grundlagenvokabular

Wenn man über Quantencomputer reden möchte, sollte man sich mit einigen grundlegenden Ausdrücken und Vokabeln beschäftigt haben. Zu diesem Zwecke habe ich einige Wortkreationen zusammengetragen.

Qubit

Das Qubit ist die kleinste Informationseinheit im Quantencomputer. In unseren klassischen Computern ist die Grundeinheit der Information ein Bit. Das Bit kann zwei Zustände aufweisen. Entweder 0 oder 1. Kein Strom oder doch Strom, sozusagen. Beim Quantencomputer haben wir als Grundeinheit der Information das Qubit. Das Qubit enthält nicht nur die klassischen Werte 0 oder 1, sondern auch die sogenannte Superposition dieser beiden Zustände. 0 und 1 und gleichtzeitig irgendwas dazwischen.

Superposition

Das Prinzip der Superposition beschreibt die, mit dem Doppelspaltexperiment nachgewiesene Tatsache, dass ein Teilchen, solange es unbeobachtet bleibt, so ziemlich überall und nirgends ist. Der österreichische Physiker und Wissenschaftstheoretiker Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger hatte zu diesem Thema ein Gedankenexperiment vorgeschlagen, das den meisten von uns im Physik Unterricht über den Weg gelaufen ist. Das Experiment wurde “Schrödingers Katze” genannt und beschreibt den oben erwähnten Zustand der Superposition von Teilchen, umgelegt auf makroskopische Ereignisse. In diesem Fall eine Katze, mit einem radioaktiven Präparat, eine tödliche Menge Gift und einem Detektor in einer Kiste. Schrödinger formulierte in seinem Gedankenexperiment, dass die Katze, solange niemand den Zustand überprüfen (Messung) würde, in einem paradoxen Zustandsgewirr zwischen den beiden extremen Zuständen lebendig oder tot, und auch beides gleichzeitig wäre. Die Katze befände sich also in einem Zustand der Superposition.

Theoretiker der Quantenphysik veranschaulichen diese in Frage kommenden Zustände, sehr gerne mit der so genannten Bloch-Kugel. Vereinfacht gesagt, gelten also nicht nur die beiden diametralen Zustände an den Polen der Kugel (0 und 1), sondern auch alle anderen möglichen Zustände an der Oberfläche der Bloch-Kugel. Ohne an dieser Stelle zu tief in die Grundlagen der Quantenmechanik einzutauchen, kann man vereinfacht festhalten: Als Superposition versteht man also die gleichzeitige und ungestörte Überlagerung mehrerer Zustände. In der Wellenlehre beschreibt man damit die Überlagerung von Wellen des gleichen Typs, die sich gegenseitig überlagern und dabei verstärken oder abschwächen.

Quantenverschränkung

Die Quantenverschränkung, oder auch Quantenkorrelation, beschreibt einen Zustand, bei dem zwei Teilchen miteinander in direkter Beziehung stehen, egal wie weit sie voneinander entfernt sein mögen. Wirkt man auf das eine Teilchen ein und verändert zum Beispiel seine Ladung, dann verändert sich im selben Moment das andere Teilchen. Diesen Umstand beschreiben die Physiker als Verschränkung.

Der Physiker Ronald Hanson von der Technischen Universität Delft beschreibt das Phänomen mit diesen Worten:

„Einstein hat das als spukhafte Fernwirkung bezeichnet. Denn sind zwei Teilchen miteinander verschränkt, herrscht zwischen ihnen eine Verbindung – egal, wie weit sie voneinander entfernt sind. Zwei Teilchen an verschiedenen Orten können sozusagen fühlen, in welchem Zustand das jeweils andere ist.“

Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Beitrags hatte sich der oben erwähnte Dr. Hanson und sein Team angeschickt um eine wasserfeste Versuchsanordnung zu finden, die eindeutig beweisen sollte, dass das Prinzip der Quantenverschränkung uneingeschränkt gültig ist. Einstein selbst hatte seinerzeit nämlich starke Bedenken angemeldet und das Phänomen der Verschränkung versucht, auf andere Art zu lösen. Laut Dr. Hanson bestätigen seine Experimente nun die Quantenverschränkung. Man kann also davon ausgehen, dass das zwar alles absurd und skurril klingt, aber offensichtlich unserer Realität entspricht. Zumindest auf Quantenebene. Die Interessierten unter euch finden eine Beschreibung des Experiments hier.

Die ganze Serie „Quantencomputer – die Welt ist nicht mehr wie sie einmal war…“:

Teil 1 – Teil 2 – Teil 3 – Teil 4 – Teil 5 – Teil 6 – Teil 7


Quellen:

Bücher

Bücher, die als Quelle oder zur Inspiration gedient haben:


Beitragsbild: Alex Sukontsev/flickr (CC BY-SA 2.0)

5 Kommentare

Kommentar verfassen