Grundkonzepte der Quantenmechanik

Chr. Gerthsen, Hans O. Kneser

Florian Gartner

Quantencomputer besitzen das Potenzial, um in naher Zukunft Probleme, die mit herkömmlichen Computern und Supercomputern nicht bewältigbar sind, zu lösen. Bisher ist die Umsetzung dieser Technologie in der Industrie noch in der Anfangsphase, wodurch der Einsatz von Quantencomputern bisher nur für Forschungsprojekte möglich ist. Dennoch ermöglichen es große IT-Unternehmen, interessierten Personen einen indirekten Zugang zu Quantencomputern über deren Services. Da die Technologien und Konzepte, auf denen Quantencomputern basieren, sehr umfangreich und komplex sind, ist es für interessierte Personen, die sich in diese neue Materie vertiefen wollen, oft schwierig, die Hauptkonzepte, die benötigt werden, um Quantencomputern zu verstehen, zu identifizieren und somit ein Grundverständnis von Quantencomputern zu erlangen. Aus diesem Grund besteht der Hauptzweck dieser Arbeit darin, die benötigten Grundkonzepte und Themen auf denen Quantencomputer aufbauen, zu identifizieren und auszuarbeiten. Hierfür werden die Konzepte von bekannten Lehrbüchern im Bereich Quantencomputer herangezogen und systematisch nach deren Wichtigkeit für das Verständnis von Quantencomputern gegliedert, aufgelistet und ausgearbeitet. Für den praktischen Teil der Arbeit werden zwei Quantenbeispiele anhand des zuvor erarbeiteten Wissens beschrieben und erweitert. Die zuvor identifizierten und beschriebenen Grundkonzepte werden anschließend grafisch mittels einer Concept-Map dargestellt, diese bietet einen systematischen Überblick über die einzelnen Konzepte und deren Abhängigkeiten zueinander. Der Vorteil in der Darstellung von Wissen mittels einer Concept-Map besteht darin, dass die Visualisierung der Verbindungen zwischen den einzelnen Konzepten hervorgehoben wird. Zusätzlich wird auf Basis des erarbeiteten Wissens ein Beispiel-Curriculum für eine Lehrveranstaltung, die das Ziel hat, die Grundkonzepte von Quantencomputern zu vermitteln, erstellt. Das Ergebnis dieser Arbeit zeigt, dass die Konzepte, auf denen Quantencomputer aufbauen, in drei Grundkompetenzen unterteilt werden können. Zum einen die Kompetenz der linearen Algebra, in dem die meisten Konzepte und Themen bereits in einem vorangegangenen Studium behandelt wurden. Zum anderen die der Informatik-Konzepte, wobei hier wie bei der linearen Algebra das Verständnis im Bereich der Programmierung angenommen werden kann. Die Kompetenz der Quantenmechanik stützt sich auf die Konzepte, die von Quantencomputern genutzt wird und auf die Kompetenzen und das Wissen der beiden anderen Kompetenzen. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass für das reine Verständnis von Quantencomputern und dem Replizieren von bereits erstellten Quantenalgorithmen eine große Anzahl an unterschiedlichen Konzepten benötigt wird. Für die Fähigkeit der Entwicklung von eigenen Quantenalgorithmen reicht das erarbeitet Wissen nicht aus, sondern wird als Grundwissen angesehen.

John S. Bell, Alain Aspect

1 Über das Problem der verborgenen Variablen in der Quantenmechanik; 2 Über das Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon; 3 Der „moralische” Aspekt der Quantenmechanik; 4 Einführung in die Frage der verborgenen Variablen; 5 Subjekt und Objekt; 6 Über die Reduktion des Wellenpakets im Coleman-Hepp-Modell; 7 Die Theorie der lokalen „beables”; 8 Lokalität in der Quantenmechanik: Antwort an Kritiker; 9 Wie lehrt man spezielle Relativität?; 10 Einstein-Podolsky-Rosen-Experimente was published in Sechs mögliche Welten der Quantenmechanik on page 1.

Christian Gerthsen

Christian Gerthsen

Ursula Wegener

Es wird gezeigt, dass sich die Unterschiede zwischen der Quantenmechanik-Interpretation von von Weizsäcker/Drieschner und der von Ludwig auf die jeweils unterschiedliche Beantwor-tung der folgenden Fragen zurückführen lassen: –Was ist der Referent von Wahrscheinlichkeitsaussagen in der Quantenmechanik? –Sind Gesamtheiten Mengen von Objekten? –Umfasst der Gültigkeitsbereich der Quantenmechanik auch die Messgeräte?