Vom Doppelspalt zum Quantencomputer Die Grundkonzepte der Quantentheorie und ihre technische Nutzung verstehen

In diesem Buch wird dargelegt, warum in unserer Alltagsvorstellung die Quantenwelt so skurril erscheint und wie wir uns einem besseren Verständnis annähern können. Die wichtigsten Phänomene und Konzepte, sowie ihre technische Nutzung werden verständlich und umfassend vermittelt.

Besonderheiten:

Das Buch entstand mit Unterstützung von Forschenden der Lernpsychologie und der Quantenphysik. Weitgehend ohne höhere Mathematik werden komplexe Grundlagen wie die Wellennatur der Materie sowie auch Anwendungen - wie Quantenteleportation und Quantenkryptografie - greifbar. Anhand von vielen Beispielen und digitalen Materialien kann selbst experimentiert, visualisiert und Schritt für Schritt Gelerntes nachvollzogen werden.

Inhalt

Was ist Licht? –Was ist Materie? – Quantenobjekte –Grundlagen der Quanteninformatik – Quantencomputing online – Realisierung von Qubits – Formale Darstellung der Quantenmechanik

Zielgruppe:

Interessierte ebenso wie Lernende und Lehrende an weiterführenden Schulen oder an der Hochschule werden hier fündig.

1 Einführung.- I Was ist Licht?.- 2 Das Teilchenmodell des Lichtes.- 3 Die Wellentheorie des Lichtes.- 4 Der photoelektrische Effekt.- 5 von der Glühlampe zur Quantenmechanik.- 6 Fazit Lichtquanten.- II Was ist Materie?.- 7 Die Entwicklung der Atommodelle.- 8 Das Bohr'sche Atommodell.- 9 Die Wellennatur der Materie.- 10 Materiewellen.- 11 Fazit Materie.- III Quantenobjekte.- 12 Unbestimmtheit.- 13 Superposition.- 14 Verschränkung.- 15 Fazit Quantenobjekte.- IV Grundlagen der Quanteninformatik.- 16 Vom Bit zum Qubit.- 17 Quanten-Gatter und -Schaltkreise.- 18 Anwendungen.- V Quantencomputing online.- 19 IBM Quantum Platform.- 20 Anwendungen mit Qiskit.- 21 Ergänzungen.- VI Realisierung von Qubits.- 22 Photonen.- 23 Ionenfallen.- 24 Supraleitende Schaltkreise.- 25 Quantenpunkte.- VII Die formale Darstellung der Quantenmechanik.- 26 Die Grundannahmen der Quantenmechanik.- 27 Formale Beschreibung von Mehrteilchensystemen.- 28 Zeitliche Entwicklung von Quantenzuständen.- 29 Ergänzungen zur Schrödingergleichung.- 30 Schlussgedanken.

Herbert Rubin hat sich während seiner langjährigen Tätigkeit am MINT-Lernzentrum der ETH-Zürich auf dem Gebiet der modernen Lehr- und Lernforschung sowie der Lernpsychologie spezialisiert und dabei viel Erfahrung bei der Vermittlung von komplexen Zusammenhängen gesammelt. Diese wird in diesem Buch genutzt, mit dem Ziel, die Quantenphysik und ihre aktuellen Anwendungen in der Quanteninformatik verständlich darzulegen.