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The European Physical Journal A

�ber die Grundlagen des matrizenmechanischen Umdeutungsprinzips und �ber eine Spektraltheorie der Bohrschen fastperiodischen Funktionen

Aurel Wintner

Published Mar 1, 1928• 2 citations
Publisher
DOI
10.1007/bf01351298

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Die vorliegende Masterarbeit widmet sich den physikalischen, technischen und didaktischen Grundlagen des Quantencomputings. Angesichts der zunehmenden Relevanz von Quantentechnologien in Wissenschaft und Industrie stellt sich die Frage, inwieweit grundlegende Konzepte wie Superposition, Quantenverschränkung oder Quantenschaltkreise auch im schulischen Kontext vermittelbar sind. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erarbeitung eines fundierten Verständnisses der quantenmechanischen Prinzipien sowie deren Übertragung auf die Funktionsweise moderner Quantencomputer. Darüber hinaus wird ein didaktisches Konzept für den Einsatz im Physikunterricht der Sekundarstufe II entwickelt. Die theoretischen Grundlagen werden durch Veranschaulichungen mit der Cloud-Technologie Qiskit ergänzt, die es ermöglicht, reale Quantencomputer zu programmieren. Im Rahmen des didaktischen Teils wird eine methodisch strukturierte Unterrichtseinheit entwickelt, die sowohl eine didaktische Reduktion als auch eine lehrplankonforme Planung berücksichtigt. Die vorliegende Arbeit demonstriert, dass die Einführung des Quantencomputings auch im schulischen Kontext realisierbar ist, insbesondere durch den Einsatz visueller und interaktiver Hilfsmittel. Abschließend wird ein Ausblick auf die zukünftige Relevanz des Themas im Bildungsbereich gegeben und die Erkenntnisse der Arbeit werden in einem Fazit zusammengefasst.

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Die vorliegende Arbeit stellt eine rein theoretische Untersuchung dar, deren Hauptziel darin besteht, die Theorie der elektronischen Struktur vom Standpunkt der Quantenfeld- und Vielteilchentheorie aus zu entwickeln. Dabei habe ich versucht, alle Konzepte und Definitionen im quantenfeldtheoretischen Rahmen einzuf\"{u}hren.Die Einteilchenn\"{a}herung hingegen wird nur als Spezialfall behandelt, spielt jedoch keine konzeptionelle Rolle. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit besteht darin, Analogien zwischen der ``Electronic Structure Theory'' und anderen Gebieten der Physik zu erhellen. Das konkrete Thema dieser Dissertation ist die Anwendung von Greenschen Funktionen auf die Quantentheorie der Materialeigenschaften des Festk\"{o}rpers, insbesondere der elektronischen Struktur. Die Arbeit ist in zwei Teile gegliedert: (i) eine Zusammenfassung und Diskussion des allgemeinen vielteilchen- und quantenfeldtheoretischen Rahmens und (ii) die Theorie der elektronischen Green-Funktionen.
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