Welle-Teilchen-Dualismus
Der Welle-Teilchen-Dualismus beschreibt, dass Objekte der Quantenwelt, etwa Elektronen oder Licht, nicht so funktionieren wie Dinge aus unserem Alltag. Sie sind weder einfach Teilchen noch normale Wellen. Vertraute Begriffe wie Objekt und Bewegung greifen nur eingeschränkt, um das Verhalten quantischer Systeme vollständig zu erfassen.
In der klassischen Physik geht man davon aus, dass ein Objekt jederzeit vorhanden ist und sich auf einer klar bestimmbaren Bahn bewegt. In der Quantenphysik gilt diese Vorstellung nicht mehr. Ein Quantensystem ist kein kleines Kügelchen mit einer verborgenen Spur. Zwischen Vorbereitung und Messung gibt es keinen eindeutig festgelegten Weg. Stattdessen wird ein Quantensystem mathematisch durch eine Wellenfunktion beschrieben: Es wird nicht festgelegt, wo sich das System befindet oder welchen Weg es nimmt, sondern welche Messergebnisse möglich sind und wie wahrscheinlich diese sind. Diese Möglichkeiten können sich überlagern und gegenseitig verstärken oder abschwächen. So entstehen wellenartige Effekte wie Interferenz: Viele Messungen zusammen ergeben charakteristische Muster, während jede einzelne Messung immer ein konkretes, lokales Ereignis liefert.
Der Welle-Teilchen-Dualismus macht damit deutlich, dass feste Eigenschaften und klare Orte in der Quantenwelt erst durch die Messung entstehen. Für das Quantencomputing ist dieser Zusammenhang zentral: Überlagerung und Interferenz werden gezielt genutzt, um Rechenwege zu verstärken oder zu unterdrücken. Die wellenartige Beschreibung bildet damit eine wichtige Grundlage quantenmechanischer Informationsverarbeitung.
Weitere Inhalte:
Quantisierung
Quantisierung bedeutet, dass manche physikalischen Größen nur bestimmte, zulässige Werte annehmen, wie Schritte auf einer Treppe: Messungen liefern einzelne Stufen, nicht jeden beliebigen Zwischenwert.
Überlagerung
Überlagerung bedeutet, dass der Zustand eines Quantensystems als ein Zustand mehrerer Möglichkeiten beschrieben wird.
Verschränkung
Verschränkung ist eine besondere, nur in der Quantenphysik mögliche Verknüpfung zwischen Systemen.
Messung
Eine Messung in der Quantenmechanik ist kein bloßes Auslesen eines bereits feststehenden Werts, sondern ein physikalischer Prozess, bei dem ein Quantensystem mit einem Messgerät wechselwirkt und ein konkretes Ergebnis entsteht. Messungen verbinden damit Quantenzustände mit klassisch nutzbarer Information.