DRITTER VORTRAG DIE QUANTEN DES LICHTES

Arthur Haas

"Quanten 3" enthält die Vorträge der Mitgliederversammlung der Heisenberg-Gesellschaft im Oktober 2014 und eine Rede von Werner Heisenberg über seine Gespräche mit Albert Einstein, die er im Jahr 1974 im Einstein-Haus in Ulm gehalten hat. Der Vortrag von Harald Lesch widmet sich der Frage, welche Rolle die Quantenmechanik bei der Entwicklung des Universums spielt. Im zweiten Vortrag schildert Karl Jakobs, einer der führenden Wissenschaftler beim ATLAS-Experiment am CERN, die Entdeckung des Higgs-Bosons. Die Heisenberg-Gesellschaft widmet sich der Vermittlung des geistigen Erbes von Werner Heisenberg. Er war einer der bedeutendsten Wissenschaftler des 20. Jahrhunderts. Mit seiner Quantenmechanik eröffnete er uns die Welt der kleinsten Bausteine der Materie, der Atome, Atomkerne und Elementarteilchen. Sie ermöglicht auch die Beschreibung der physikalischen Eigenschaften von Molekülen, chemischen Verbindungen, Kristallen, Feststoffen und Halbleitern und ist so die Grundlage der heutigen Computertechnik. Heisenbergs Entdeckung der Unbestimmtheitsrelation hat weitreichende Konsequenzen für die Naturphilosophie und Erkenntnistheorie und für die Entwicklung des Kosmos.

M. Berek

"Quanten 8" enthält die Vorträge der Mitgliederversammlung der Heisenberg-Gesellschaft im September 2019. Der Physiker Thomas Klar berichtet über die mit dem Nobelpreis für Chemie an Eric Betzig, Stefan Hell und William Moerner ausgezeichnete Entdeckung der höchstauflösenden optischen Mikroskopie mit Hilfe des Lasers. Barbara Blum-Heisenberg schildert eindrücklich, wie Musik und Philosophie bei ihrem Vater Werner Heisenberg als Quellen der Kreativität wirkten. Weiterhin ist die deutsche Urfassung des Vortrages, den Heisenberg 1955 zum 70. Geburtstag von Niels Bohr in Kopenhagen gehalten hat, abgedruckt. Er beschreibt darin die Entwicklung der Deutung der Quantentheorie, die als Kopenhagener Interpretation bekannt wurde. Die Heisenberg-Gesellschaft widmet sich der Vermittlung des geistigen Erbes von Werner Heisenberg, setzt sich für die digitale Erfassung und Aufarbeitung seines schriftlichen Nachlasses ein und veranstaltet Workshops für Lehrer über Quantenphysik.

S. Haroche

Abstract In einem supraleitenden Resonator gefangene Mikrowellen‐Photonen stellen ein ideales System dar, um die Gedankenexperimente der Gründerväter der Quantenmechanik zu verwirklichen. Die Wechselwirkung dieser gefangenen Photonen mit Rydberg‐Atomen, die den Resonator passieren, veranschaulicht fundamentale Aspekte der Messtheorie. Die Experimente, die mit diesem “Photonenkasten” an der Ecole Normale Supérieure (ENS) durchgeführt werden, gehören dem als “Resonator‐Quantenelektrodynamik” (“Cavity Quantum Electrodynamics”) bezeichneten Gebiet der Quantenoptik an. Uns gelang die zerstörungsfreie Zählung von Photonen, die Erfassung von einzelnen Quantensprüngen des Feldes, die Präparation und Rekonstruktion von “Schrödingerkatzen‐Zuständen” von Photonen sowie die Untersuchung ihrer Dekohärenz, was eine bemerkenswerte Veranschaulichung des Übergangs von der Quanten‐ zur klassischen Welt bietet. Die Experimente haben ebenfalls zur Demonstration grundlegender Schritte der Quanteninformationsverarbeitung geführt, darunter die deterministische Verschränkung von Atomen und die Verwirklichung von Quanten‐Gattern unter Verwendung von Atomen und Photonen als Quanten‐Bits. Dieser Vortrag beginnt mit einer Einführung, die die Verbindung zwischen dem Photonenkasten an der ENS und den Experimenten mit Ionenfallen von David Wineland hervorhebt, dessen begleitender Vortrag einen Überblick über seinen eigenen Beitrag auf dem Gebiet der Kontrolle einzelner Teilchen bietet. Ich werde anschließend einen persönlichen Einblick in die Frühzeit des Gebiets der Resonator‐Quantenelektrodynamik geben, bevor ich die wichtigsten Experimente beschreibe, die in den letzten zwanzig Jahren an der ENS durchgeführt wurden. Der Vortrag endet mit einer Diskussion, die unsere Arbeit mit jener anderer Wissenschaftler vergleicht, die sich mit der Kontrolle einzelner Quantenteilchen beschäftigen.