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
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
ZusammenfassungGegen Ende seines Lebens schrieb Einstein seinem ältesten Freund, daß ihn 50 lange Jahre des ununterbrochenen „bewußten Nachgrübelns“ über die Frage „Was sind Lichtquanten?“ der Antwort um nichts näher gebracht hätten. Wie immer übertrieb Einstein auch in diesem Falle keineswegs: Das Problem, Diskretheit ebenso wie Kontinuität in der natürlichen Welt zu verstehen, beschäftigte ihn während seiner ganzen wissenschaftlichen Laufbahn. Daß Einstein so viel Zeit und Energie darauf verwendete, sich mit der Quantentheorie auseinanderzusetzen, mag viele — sogar viele Physiker — überraschen. Denn sein Entwurf der speziellen und der allgemeinen Relativitätstheorie sowie seine vielen Versuche, eine noch allgemeinere Theorie, nämlich eine einheitliche Feldtheorie, zu schaffen, haben seine anderen Leistungen in den Schatten gestellt. Und doch wird vermutlich jeder, der das Werk Einsteins kennt, den Worten von Max Born, einer der bedeutendsten Persönlichkeiten in der Entwicklungsgeschichte der Quantenmechanik, zustimmen, als er schrieb: „Meiner Meinung nach müßte er selbst dann, wenn er nicht eine einzige Zeile über die Relativität geschrieben hätte, als einer der größten theoretischen Physiker aller Zeiten gelten.“ Diese Meinung gründete sich hauptsächlich auf jene Schriften, in denen Einstein über die erstaunlichen Ergebnisse seines „bewußten Nachgrübelns“ über das Quantenproblem berichtet.
ZusammenfassungDie Geschichte der Entdeckung des Ausschließungsprinzips, für die mir im Jahre 1945 die Ehre der Verleihung des Nobelpreises zuteil geworden ist, reicht bis in meine Studentenjahre in München zurück. Nachdem ich mir schon als Schüler in Wien einiges Wissen in der klassischen Physik und von Einsteins damals neuer Relativitätstheorie erworben hatte, geschah es an der Universität München, daß ich durch Sommerfeld in den — vom Standpunkt der klassischen Physik aus etwas sonderbaren — Bau des Atoms eingeführt wurde. Mir wurde der Schock nicht erspart, den jeder Physiker, an die klassische Denkweise gewohnt, erhielt, als er zuerst Bohrs „Grundpostulat der Quantentheorie“ kennen lernte. Es gab damals zwei Wege, auf denen man sich den schwierigen mit dem Wirkungsquantum verknüpften Problemen nähern konnte. Der eine bestand in dem Bemühen, eine abstrakte Ordnung in die neuen Gedanken zu bringen, indem man nach einem Schlüssel zur Übersetzung der klassischen Mechanik und Elektrodynamik in die Quantensprache suchte, die eine logische Verallgemeinerung jener wäre. In diese Richtung zielte Bohrs Korrespondenzprinzip. Sommerfeld dagegen zog angesichts der Schwierigkeiten, die sich dem Gebrauch der auf kinematische Modelle bezüglichen Begriffe entgegenstellten, eine Deutung der Spektralgesetze mit Hilfe ganzer Zahlen vor, indem er, wie einst Kepler bei seiner Untersuchung des Planetensystems, einem inneren Gefühl für Harmonie folgte. Beide Methoden, die mir nicht unversöhnlich zu sein schienen, beeinflußten mich. Die Folge der ganzen Zahlen 2, 8, 18, 32, ..., die die Längen der Perioden im Periodischen System der Elemente angeben, wurde in München eifrig diskutiert, einschließlich der Bemerkung des schwedischen Physikers Rydberg, daß diese Zahlen die einfache Gestalt 2n 2 haben, wenn n die Reihe der ganzen Zahlen durchläuft. Sommerfeld versuchte insbesondere, die Zahl 8 mit der Zahl der Ecken eines Würfels zu verknüpfen.
Der Tod WOLFGANG PAULIS hat unter uns eine Lücke gerissen, die niemand ausfüllen kann.Wenn ich auf die Bitte der Herausgeber hier einige Erinnerungen an ihn aufschreibe, so möchte ich nicht in erster Linie über seine größeren wissenschaftlichen Arbeiten sprechen; sie sind ein Denkmal, das er sich in unser aller Bewußtsein gesetzt hat.Auch und gerade den Jüngeren unter uns sind sie wohlbekannt, und sie werden dauern.Vielleicht darf ich versuchen, stattdessen etwas von der unvergleichlichen und so schwer zu fassenden Person aufzuzeichnen, die wir nun nicht mehr unter uns sehen werden.Wer gegen Ende der Zwanziger jähre theoretische Physik zu studieren begann, für den bedeutete der Autorenname W. PAULI JR., dessen Träger damals etwa 30 Jahre alt war, schon so etwas wie einen Klassiker.PAULIS Enzyklopädie-Artikel über die Relativitätstheorie, den er auf Anregung seines Lehrers SOMMERFELD schon als Student, angeblich im zweiten Semester, geschrieben hatte, ist bis zum heutigen Tag in seiner Klarheit und Präzision wohl nicht übertroffen.PAULIS eigene Forschung galt fast ausschließlich der Atomphysik.Er gehörte mit HEISENBERG, DIRAC, FERMI und JORDAN ZU jener erstaunlichen Generation von "jungen Quantentheoretikern", die um 1925 im Durchschnittsalter von 25 Jahren der Quantenmechanik die endgültige Form gaben.Sie stammten aus den Schulen von München, Göttingen und Cambridge; ihr Mittelpunkt war NIELS BOHRS Institut in Kopenhagen.PAULIS bekanntester eigener Beitrag wurde das Ausschließungsprinzip (1924).In ihm zeigt sich schon eine eigentümliche Stärke des PAULischen Denkens, das Interesse für die genaue Abzählung bestehender Möglichkeiten, für Faktoren 2 und für Vorzeichen, die man nach seinem eigenen Wort nicht wissen kann, sondern rechnen muß.In seinem Artikel über Quantentheorie in der 1. Auflage des Blauen Handbuches (1925) vollbrachte er das Kunstwerk, unmittelbar vor der Auffindung der Quantenmechanik, also mit scheinbar noch unzureichenden Hilfsmitteln, praktisch jede physikalische Frage richtig zu beantworten.Von seinem entsprechenden Artikel in der 2. Auflage (1933) soll er gesagt haben, so gut wie der erste werde er nicht, aber immer noch der beste Artikel über dieses Gebiet.Jedenfalls hat man ihn vor wenigen Jahren mit nur geringen Kürzungen und wohl ohne Änderungen nachdrucken können.
Eine der wichtigsten Ressourcen für optische Quantencomputer und Quantenrepeater sind photonische Clusterzustände, die aus vielen, auf eine bestimmte Art miteinander verschränkten Lichtteilchen bestehen. Ein wesentlicher Baustein für die Erzeugung beliebig großer Clusterzustände und damit der Skalierbarkeit photonischer Quantencomputer sind sogenannte angekündigte Greenberger‐Horne‐Zeilinger‐(GHZ‐) Zustände mit drei verschränkten Photonen. Nun ist es an der Universität Wien zum ersten Mal gelungen, eben solche angekündigten GHZ‐Zustände zu erzeugen.
AuszugUm den Aufbau von Quantenhardware zu verstehen, sind tiefere Kenntnisse der Physik nötig. Darum bleibt dieses Kapitel eher an der Oberfläche: das Ziel ist die Beschreibung einiger realisierter Quantencomputer. Es geht darum, prinzipiell zu verstehen, wie Operationen auf Quantenbits realisiert werden können und welche Schwierigkeiten dazu überwunden werden müssen. Wir beginnen mit einer allgemeinen Erörterung, welche Anforderungen Quantencomputer zu erfüllen haben. Am ausführlichsten behandeln wir die Informationsverarbeitung mit Hilfe von Photonen. Dabei kommt dem Abschnitt 9.3.1 über das Mach-Zehnder-Interferometer eine Schlüsselrolle zu.