Die faszinierende Welt der Quanten

die sich eindeutig nur Teilchen der klassischen Physik zuschreiben lässt. In der Quantenphysik ist der Ort eines Teilchens unbestimmt. Aus dem Quadrat der Wellenfunktion des Teilchens lässt sich berechnen, mit welcher Wahrscheinlichkeit das Teilchen wo nachweisbar ist. Es gilt eine Unschärferelation zwischen Ort und Impuls, also je genauer man den Ort bestimmt, desto verwaschener wird die Impulsangabe.
    Pauli-Prinzip
    Das Pauli-Prinzip besagt, dass Teilchen mit halbzahligem Spin (etwa Elektronen, Protonen oder Neutronen) nicht denselben Quantenzustand annehmen können. Ein Gas aus Elektronen könnte man dadurch nicht in den absoluten Grundzustand kühlen. Das Pauli- Prinzip ist unter anderem für den Aufbau des Periodensystems der Elemente verantwortlich.
    Phase
    Die Phase gibt den Schwingungszustand einer Welle zu einem bestimmten Zeitpunkt und an einer bestimmten Stelle an. Wenn zwei Wellen zu einem festen Zeitpunkt und an einem festen Ort denselben Schwingungszustand aufweisen (also etwa das Maximum oder das Minimum ihrer Auslenkung haben), nennt man sie „in Phase“.
    Phononen
    Ein Phonon ist ein Quasiteilchen, dessen Eigenschaften die quantenmechanisch betrachteten Schwingungszustände in einem Kristallgitter beschreiben. Phononen können unter bestimmten Umständen mit Photonen wechselwirken. Sie besitzen keinen bestimmten Ort.
    Photonen
    Photonen sind Quanten des elektromagnetischen Feldes, also des Lichts. Sie bewegen sich stets mit Lichtgeschwindigkeit und haben zwar keine schwere, aber eine träge Masse. Photonen besitzen den Spin 1.
    Polarisiert
    Der Begriff der Polarisation beschreibt die Schwingrichtung einer Welle. Ähnlich, wie sich Wellen auf einem Springseil je nach Lage des Seils vertikal oder horizontal polarisieren lassen, ist auch die Schwingrichtung des elektrischen Feldes einer Lichtwelle polarisierbar.
    Polynomialzeit
    Ein Problem gilt als in Polynomialzeit lösbar, wenn die benötigte Rechenzeit zu seiner Lösung mit der Problemgröße nicht stärker als mit einer Polynomfunktion wächst. Eine Polynomfunktion ist eine Summe von Potenzfunktionen mit natürlichen Exponenten, etwa y= a * x 3 + b * x 2 + c * x.
    Primfaktoren
    Man kann jede natürliche Zahl größer als 1 in ein Produkt aus Primfaktoren zerlegen – das sind Zahlen, die nur durch sich selbst und durch 1 teilbar sind. Die Sicherheit einiger Verschlüsselungsverfahren beruht darauf, dass die Primfaktorenzerlegung einer großen Zahl mathematisch sehr aufwändig ist, also nicht in Polynomialzeit erreichbar.
    Quanten-Gravitation
    Die Quanten-Gravitation ist eine noch nicht endgültig formulierte Theorie, die die Phänomene der Gravitation und der Quantenphysik vereint. Sie soll Probleme lösen, die in Extremfällen heutiger Physik auftreten, etwa beim Urknall: In sehr, sehr kleinen Dimensionen und bei sehr hohen Energien versagen sowohl die Allgemeine Relativitätstheorie (die die Gravitation beschreibt) als auch die Quantenmechanik.
    Quanten-Kryptografie
    Als Quanten-Kryptografie bezeichnet man die Nutzung von Quanteneigenschaften wie Superposition und Verschränkung zur Erzeugung und zum Austausch sicherer Codeschlüssel
    Quanten-Teleportation
    Bei der Quanten-Teleportation wird der Quanten-Zustand eines Teilchens auf ein anderes übertragen. Das Ursprungsteilchen verliert seine Eigenschaften dabei, es findet also keine Klonierung statt.
    Quanten-Computer
    Ein Quanten-Computer ist ein System verschränkter Quantenzustände, das für die Lösung typischer Rechenprobleme konstruiert wurde. Durch seine Quanteneigenschaften löst er manche Probleme weit effizienter als ein klassischer Computer.
    Quantenmechanik
    Der Begriff Quantenmechanik wird in diesem Buch sinngleich zu Quantenphysik und Quantentheorie verwendet. Er spielt auf den Unterschied zur Newtonschen Mechanik der klassischen Physik an.
    Quantenphysik
    Die Quantenphysik befasst sich als Teilbereich der Physik mit dem Verhalten und der Wechselwirkung kleinster Systeme.
    Quantensimulator
    Ein Quantensimulator ist ein möglichst einfaches Quantensystem, das speziell für die Untersuchung von Eigenschaften komplizierterer Quantensysteme konstruiert wurde, die mit klassischen Computern weit aufwändiger wäre.
    Quantentheorie
    Der Begriff Quantentheorie wird in diesem Buch sinngleich mit dem Begriff Quantenphysik verwendet.
    Quasar
    Quasar (quasi-stellar object) hielt man früher für weit entfernte Sterne – heute weiß man, dass es