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Milchstraße (Symbolbild): Niemand versteht die Quantenphysik.
Milchstraße (Symbolbild): Niemand versteht die Quantenphysik. (Bild: California Institute of Technolog)

Quantenphysik: Im Kleinen spielt das Universum verrückt

Milchstraße (Symbolbild): Niemand versteht die Quantenphysik.
Milchstraße (Symbolbild): Niemand versteht die Quantenphysik. (Bild: California Institute of Technolog)

Was Sie über Quantenphysik wissen müssen, um das Prinzip eines Quantencomputers zu verstehen.
Eine Analyse von Matthias Matting

  
  Die Quanten kommen: Alles Wissenswerte über Quantenthemen erfahren Sie auch auf der Konferenz von Golem.de am 23. Juni in Berlin!   

Ups, da ist es doch hineingerutscht, das böse Wort: Verstehen passt ungefähr so gut zur Welt der Quanten wie Berechenbarkeit zur Welt des aktuellen US-Präsidenten. Richard Feynman, einer der bekanntesten Quantenphysiker, sagte deshalb: "Ich glaube, ich kann mit Sicherheit sagen, dass niemand die Quantenphysik versteht." Und Albert Einstein, der mit der Allgemeinen Relativitätstheorie immerhin die Physik revolutionierte, hielt die Quantentheorie für Humbug, der sich für ihn aus einem mangelndem Verständnis der wahren Natur der Dinge ergab.

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Einstein hatte unrecht, was den Wahrheitsgehalt der Quantenphysik betrifft. Es handelt sich um eine der am besten überprüften Theorien überhaupt. Jede ihrer Behauptungen hat sich bestätigt. Die moderne Technik beruht ebenso darauf wie das biologische Leben auf der Erde. Ohne die seltsamen Gesetze des Quantenreichs gäbe es nichts und niemanden, wären sogar die Atome instabil. Aber das macht es nicht einfacher, sie wirklich zu verstehen. Es gibt deshalb sogar Dissertationen, die sich mit der Frage befassen, ob wir für die Quantentheorie nicht gar ein neues Verständnis des Verstehens brauchen.

Die Materie kann mal aus der Reihe tanzen

Nach dieser Einleitung sind wir ja nun hoffentlich unter uns. Als hoffnungsfroher Knappe des Quantenreichs ist Ihnen klar, dass Sie mit Newtonscher Logik - Apfel fällt nach unten, also muss es eine nach unten wirkende Kraft geben - nicht mehr weiterkommen. Tatsächlich fällt auf der Ebene der Quantenphysik der Apfel nicht immer nach unten, selbst wenn es eine solche Kraft gibt, sondern manchmal auch nach oben. Gesetze gelten hier plötzlich nicht mehr wörtlich, sondern nur noch statistisch, und geben der Materie damit genügend Raum, auch mal aus der Reihe zu tanzen.

Es gibt drei Phänomene, die Sie akzeptieren müssen - ich verwende hier absichtlich nicht das V-Wort -, wenn Sie das Prinzip eines Quantencomputers verstehen wollen - an dieser Stelle ist es dann wieder angebracht: Superposition, Unschärfe und Verschränkung.

1. Die Superposition

Die Superposition war das erste dieser Phänomene, das den Physikern auffiel, und zwar mit Hilfe des Doppelspalt-Experiments. Wenn wir Licht oder irgendeine andere Welle durch zwei Spalte in einer Barriere schicken, wird die Welle von den beiden Löchern derart gebeugt, dass sich unter der Barriere ein Interferenzmuster ergibt. Das lässt sich in jedem Maßstab beobachten, sogar mit Wasser an einer Hafenmauer mit zwei Durchlassstellen. Es handelt sich hier um klassische Physik.

Das Elektron, sagt uns das Standardmodell der Teilchenphysik, ist unteilbar und punktförmig. Nun schicken wir dieses Teilchen durch den Doppelspalt und sehen ebenfalls ein Interferenzmuster! Das bedeutet, dass das eigentlich unteilbare Elektron sich durch beide Schlitze gleichzeitig bewegt haben muss. Was wir anhand des Musters messen, ist eine Überlagerung, eine Superposition, der beiden Zustände unten durch und oben durch.

Diese Superposition hat allerdings eine hässliche Eigenschaft, die - zumindest in Gedanken - schon zahlreiche Katzen das Leben gekostet hat.

Die Superposition und die Katze 

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thesmann 22. Apr 2017

Das ist ja schoen und gut. Wir wissen also das man mit einem klassischen Ansatz nicht...

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thesmann 22. Apr 2017

Doch. Nach der Relativitaetstheorie ist die einfache Aufsummierung falsch! Dass es in...

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Herri 21. Apr 2017

Keine Sorge. Das Speed-Limit für Information bleibt c. Daran ändert auch Verschränkung...

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Pete Sabacker 20. Apr 2017

Na, ich steh' hier immerhin wie 'n Ochs vorm Berg! :) Ist das bei Teilchen denn...

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johnsonmonsen 20. Apr 2017

Hallo jkalden, vielen Dank für Deine sehr ausführliche Erklärung inkl. Quellenangabe! Die...

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