Die Quantentheorie im Kontext der Informatik

Was ist die Quantentheorie?

Die Quantentheorie ist eine physikalische Theorie, die das Verhalten von kleinen, gequantelten Objekten im atomaren und subatomaren Bereich beschreibt. Darüber hinaus gibt es seit ihrem Bestehen die Bestrebung, auch größere Körper mit Hilfe dieser Theorie zu erklären.

Anhand der Quantenphysik wird der Bezug der Wirklichkeit zur Philosophie deutlich. Werner Heisenberg, der bei Max Born Philosophie studieren wollte, wurde von Born nahegelegt, als Vorbereitung zunächst das Studium der Physik zu beginnen.

Fundamentale Prinzipien der Quantenphysik sind das von Nils Bohr benannte Komplementaritätsprinzip (welches auch die Unbestimmtheitsrelation von Werner Heisenberg enthält), die Manifestation von Eigenschaften von Objekten erst bei deren Beobachtung, die Dualität von Welle und Teilchen und die Rolle des Zufalls in Form der lediglich stochastischen Bestimmtheit einer Vielzahl von Objekten. Es sei zur Klarstellung noch einmal betont: Die Quantenphysik verbietet eine deterministische Weltsicht. Es ist eben nicht möglich, unter (theoretischer) Kenntnis des Gesamtzustands eines Systems sowie durch Anwenden von Vorhersageregeln (wie bei der Wettervorhersage) einen Folgezustand des Systems anzugeben. Der Zufall ist nach allem, was wir heute wissen, eine Realität!

Das sogenannte Doppelspalt-Experiment ist ein einfacher Versuchsaufbau, der geeignet ist, alle Prinzipien der Quantenphysik und philosophische Schwierigkeiten mit dieser offenzulegen. Leider gab es einige Verwirrung um das Paradigma der Quantenphysik, die zu falschen und missverständlichen Aussagen führte. Die unten genannte Literatur behebt diese.

Welcher Bezug besteht zur Informatik?

In der Informatik spielt Information eine ganz entscheidende Rolle. Der Informationsbegriff ist der Motor aller Beschäftigungen in der Informatik, sei es auf Ebene der Software oder der Hardware.

In der Quantentheorie ist der Informationsbegriff ebenfalls ausgesprochen zentral, auch wenn dies nicht sofort ersichtlich ist, schon gar nicht dem Laien, der weder beruflich noch privat viel mit Physik oder gar Quantenphysik zu tun hat.

Anton Zeilinger, ein angesehener Physiker mit Weltruf,  hat in seinem Buch Einsteins Schleier – Die neue Welt der Quantenphysik die Bedeutung der Information in der Quantenphysik hervorragend herausgearbeitet. Am Ende des Buches gibt er sich zu einer Aussage hin, die jeden Informatiker freuen sollte:

»Wirklichkeit und Information sind dasselbe.«

Buchempfehlungen

• Anton Zeilinger: Einsteins Schleier – Die neue Welt der Quantenphysik
  Absolut zu empfehlen, geschrieben von einem, der die Theorie verstanden und einige bedeutende Experimente auf dem Gebiet der Quantenmechanik durchgeführt hat. Erhellt jeden!
• Harald Fritzsch: Die verbogene Raum-Zeit – Newton, Einstein und die Gravitation
  Unterhaltsam in Form eines fiktiven Dialoges zwischen Einstein, Newton und dem in der Jetztzeit lebenden Professor Haller geschrieben, lehrreich, leicht verständlich. Ein Muss!
• Jürgen Audretsch: Die sonderbare Welt der Quanten – Eine Einführung
  Klar und logisch aufgebaut, räumt mit Missverständnissen auf und verdient meine Empfehlung
• Jürgen Audretsch: Verschränkte Welt – Faszination der Quanten
  Eine Aufsatzsammlung, die trotz mehrerer Autoren das Prädikat konsistent verdient, bietet einen guten Überblick über die aktuellen Themen der Forschung in der Quantenphysik

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