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Die Bits und die Bausteine der Materie

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Anton Zeilinger von der Wiener Universität, bekannt geworden durch seine erfolgreiche Teleportation von Photonen, glaubt bei der Suche nach dem Wesen der Quantenmechanik fündig geworden zu sein. Er behauptet, wie New Scientist in der heutigen Ausgabe berichtet, die Quantenmechanik so beschreiben zu können, dass philosophische Debatten künftig hinfällig werden. Dabei will er das Konzept der Information anwenden, das in der Physik bis heute lediglich ein Nischendasein friste.

Wie komplex die Fragen, die sich in einem Experiment stellen, auch immer sein mögen, so seien sie doch jeweils auf einfachere Fragen zurückführbar. Die kleinste Informationseinheit, das Bit, ist dabei die Antwort auf jede Frage, die ein Ja oder Nein bedingt. Zeilinger bringt nun die Bits in Verbindung mit den Bausteinen der Materie. In der Quantenmechanik seien diese Bausteine die Elementarsysteme, welche sich wiederum nur durch die Bewegung der Elektronen in die eine oder andere Richtung messen ließen. Dieses ausschließende Entweder-Oder-Prinzip entspreche der Ja-oder-Nein-Antwort oder auch dem "1" und "0"-Prinzip des Computers.

Dieses System sei viel allgemeiner anwendbar als es zunächst scheint. Die Formel lasse sich unverändert auf alle vorstellbaren quantenmechanischen Systeme, die sich allein durch zwei verschiedene Zustände definieren, anwenden. Zeilinger umgeht dabei die Frage "Was ist ein Elementarsystem?", indem er stattdessen fragt "Was kann man über ein Elementarsystem aussagen?". Seine Schlussfolgerung ist, einfach ausgedrückt: Ein Elementarsystem enthält exakt ein Informationsbit.

So harmlos das klingt, so atemberaubend könnten die Konsequenzen von Zeilingers Prinzip sein, glaubt man New Scientist: Zunächst einmal geht diese Prinzip davon aus, dass die Welt selbst den Ausgangspunkt für die Quantenmechanik bildet. Und ähnlich, wie ein Anwalt einen Zeugen verhört, könnte die Natur ins Kreuzverhör genommen werden durch Fragen, die eine Ja-oder-Nein-Antwort nach sich ziehen.

Nächstes Ziel wird es sein, diesen Ansatz von einem Elementarsystem auf viele anwendbar zu machen, und einen Weg zu finden, auch kontinuierliche Variablen wie Position und Geschwindigkeit mit einzubeziehen. Dabei wäre eine neue Theorie der Quanteninformation vonnöten, um die Quantencomputer der Zukunft in den Griff bekommen zu können. Diese Technologie könnte eines Tages Berechnungen durch die Möglichkeiten des Quantensystems wesentlich schneller vollbringen, als es die heutigen herkömmlichen Computer vermögen.

Mehr in Telepolis: Am Anfang war das Bit. (fr)