Interaktive simulationen für quantenphysik und quanteninformation

Andreas Kral, Christian Theis, H. Heinke

Vielfältige fachdidaktische Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der letzten Jahre zielen auf einen adäquaten, schülergerechten Zugang zur Quantenphysik. Beispielsweise fokussiert das in München entwickelte Konzept milq auf grundlegende Phänomene der Quantenphysik und damit verbundene Deutungsfragen, wobei für den Einstieg in die Quantenphysik hier vor allem Simulationen und Videos verwendet werden. In Ergänzung dieses Ansatzes haben wir einen Flächendetektor zum Nachweis geringer Lichtintensitäten entwickelt, um darauf aufbauend in schulpraxistauglichen Realexperimenten grundlegende Phänomene der Quantenphysik am Doppelspaltexperiment zu visualisieren. Unter Verwendung eines Lasers als Lichtquelle wird mit dem Detektor ein Demonstrationsexperiment aufgebaut, das auf jüngeren fachdidaktischen Entwicklungsarbeiten verschiedener Gruppen basiert und zielorientiert für einen praxistauglichen Schuleinsatz angepasst wurde.

Thomas Strohm, R. Rölver

Wolfgang Dür, Stefan Heusler

In diesem Artikel wird der Zugang zur Quantenphysik uber das einfachst mogliche Modellsystem, das Qubit, erweitert zu der Kombination von zwei Qubits. Dabei tritt erstmals das fur die Quantenphysik zentrale Konzept der Verschrankung auf, welches nicht nur seltsame Eigenschaften der Quantenphysik illustriert, sondern auch der Schlussel zum Verstandnis von modernen Anwendungen der Quantenphysik ist. Ahnlich wie im Falle des einzelnen Qubits wird dabei versucht, die Grundprinzipien von Verschrankung und deren Anwendung mit Hilfe einfacher Mathematik und Bilder zu vermitteln, wobei Visualisierungen eine zentrale Rolle spielen. Die behandelten Themen umfassen verschrankte Zustande, Operationen und Messungen. Die moglichen physikalischen Realisierungen und Anwendungen, insbesondere im Bereich der Quanteninformation, werden hier kurz angesprochen, und in einer weiteren Publikation vertieft diskutiert.

Gesche Pospiech

Anton Zeilinger

Der Quantenphysiker Anton Zeilinger ermöglicht in seinem Notebook Einblick in eine existenzielle Phase seiner wissenschaftlichen Arbeit. Zu sehen sind Auszüge aus seinem Notizbuch von März bis Anfang Juni 1993, einer Zeit, in der er die ersten Experimente zu Multiphotonenzuständen und verschränkten Photonen durchführte. Die Schlüsselbegriffe für diese damals neu entstandene Quanteninformationstechnologie lauten Quantencomputer, Quantenkommunikation, Quantenkryptografie, Quantenklonen und Quantenteleportation. Zeilinger gibt den Blick frei für die wahrscheinlich erste Skizze des Teleportationsschemas, Aufzeichnungen zu Multiports und Verschränkungen in höherdimensionalen Hilberträumen. Für Laien auf diesem Gebiet öffnen Zeilingers solide Einführung, seine Zeichnungen, Kürzel und Berechnungen die Tür zu einer Welt.&Anton Zeilinger (*1945) ist Professor für Physik an der Universität Wien und Direktor des Instituts für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften; er ist Mitglied des Honorary Advisory Committee der dOCUMENTA (13).&Sprache: Deutsch/Englisch

G. Brands