Abstract Licht ist das Elixier unseres Lebens: Das Licht der Sonne spendet uns Energie; Licht gibt uns die Möglichkeit zu sehen und über den Lichtsinn mit unserer Umgebung zu kommunizieren; Licht, das vom Himmel kommt, gibt uns wegen seiner endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit Einblicke in die Frühzeit und in die Evolution unseres Universums. Was ist aber das Wesen des Lichtes, wie verhält sich das Licht, wenn wir es auf Photonen‐Ebene betrachten, was vermag uns das Licht über die Quantenwelt und ihre Phänomene erkennen zu geben und wie unterscheiden sich diese Phänomene von denen der klassischen Welt unserer alltäglichen Erfahrung? Hier wollen wir versuchen, mithilfe ausgewählter Experimente Antworten auf diese Fragen direkt aus der Beobachtung zu erschließen.
Dieses Kapitel ist das Fundament für alle weiteren. Wir studieren Quantenbits und die Rechenschritte eines Quantencomputers und erfahren, was Messen und Verschränkung bedeuten. Dabei wenden wir diese Begriffe sofort an und lernen die ersten Algorithmen kennen, und zwar für Probleme, bei denen der Quantencomputer klassischen Rechnern überlegen ist. Als klassisch bezeichnen wir alles, was sich verhält, wie wir es aus unserer Alltagswelt gewohnt sind. Davon unterscheiden wir die nichtklassischen Phänomene der Quantenwelt.
Moderne Interferenzexperimente zeigen die quantenmechanische Wellennatur großer, einzelner Moleküle. Bislang wurden Fullerene und Biomoleküle untersucht, die aus mehr als hundert Atomen bestehen. Die De-Broglie-Wellenlänge solcher Moleküle liegt bei wenigen Tausendstel ihres Durchmessers. Seit kurzem lässt sich auch im Detail beobachten, wie verschiedene Wechselwirkungen der Moleküle mit ihrer Umgebung zum Verlust der Quanteneigenschaften führen: Nach erfolgter Dekohärenz unterscheiden sich die Moleküle nicht mehr von “klassischen” Teilchen. Bislang wurden dabei zwei Wechselwirkungsmechanismen untersucht: Stöße mit anderen Molekülen und das Aussenden von Photonen durch Wärmestrahlung.