quanten-speicher
Von klassischen Informationsspeichern zu atomaren für Quantencomputer
ISBN 978-3-940140-32-6
Auszüge aus dem
Lehrbuch ISBN: 9783940140326
Es ist in 3 Teile untergliedert und gibt Antworten auf die nachfolgenden Fragen.
Teil I:
Von der klassischen
Informationstheorie zur
Quanteninformationstheorie
(Erweiterungen dazu in ISBN 9783962295264,
Information, Träger und Speicher im Makro- und Mikrokosmos)
Was ist Information? Wie wird sie von Zahldarstellungen, Texten und Bildern getragen. So wie komplementäre Information im Makrokosmos (siehe Beispiel Stereobild) eine weitere Raumdimension öffnen kann, erweitert sie im Mikrokosmos im Bohrschen Sinne das Teilchenbild um das Wellenbild und umgekehrt.
Welche Informationsträger gibt es im Mikrokosmos?
Sind auch Atome oder Elementarteilchen dafür geeignet? Welche relativistischen Effekte sind in einem Atom zu berücksichtigen. Wie wird der Landé-Faktor eines Elektrons oder der Atomkerne berechnet? Welche physikalischen Größen spielen dabei eine Rolle. Wie arbeiten klassische und atomare Informationsspeicher? Wie sieht eine Codierung aus, die weder klassische Computer noch Quantencomputer knacken können?
Antworten sind in beiden Büchern zu finden. Wir tauchen tief in die Informationstheorie im Makro- und Mikrokosmos ein.
Teil II:
Grundlagen der Quantenmechanik
Wie sieht eine lückenlose Einführung in die Quanten-
mechanik der atomaren Informationsspeicherung aus. Wie
sieht das Innere eines Atoms aus? Wie werden
Feinstruktur, Hyperfeinstruktur und Lamb-Shift berechnet? Was sind virtuelle Teichen und wie werden Vakuumpolarisation, Selbstenergie und nackte Elementarladung berechnet? Wie sehen die Lösungen der Schrödinger-Gleichung unter Berücksichtigung aller Störterme, die in einem Atom wirken, aus?
Alle Antworten sind auf den Seiten 187-508 zu finden.
Teil III: Quantenmechanik der Informationsspeicherung in
Atomen und Ionen
Wie lange hält sich Information in einem Atom oder Ion?
Wie schnell erfolgen Schreib-, Lösch- und Lesevorgänge?
Wie sehen Fehlerkorrekturen aus.
Findet die von Mandelbrot aufgedeckte fraktale Struktur
der Natur auch im atomaren Bereich ihre Fortsetzung?
Welche Rolle spielt vorhandene und nicht vorhandene
Information in der Quantenphysik? Die Antwort erlaubt eine andere Interpretation des sogenannten Kollaps der
Wellenfunktion, entmystifiziert die den
EPR-Teilchen (verschränkten Teilchen) nachgesagte "spooky action at a distance" und auch das Paradoxon der "Schrödinger Katze".
Kann der quantenmechanische Formalismus auch bei
der Berechnung von Wahrscheinlichkeiten in der Makrowelt angewandt werden? Ja! Welche Rolle spielt das Shannonsche Informationsmaß beim 2-Photonenzerfall.
Alle Antworten sind auf den Seiten 509-702 zu finden.
Anmerkung: Obwohl die Quantenmechanik schon vor mehr als 100 Jahren zum Leben erweckt wurde, präsentiert das Buch bei der Beantwortung der Frage, ob und wie Information in Atomen gespeichert werden kann, völlig neue Ergebnisse aus der quantenmechanischen Grundlagenforschung.
Heisenbergsche und neue Unschärferelation
Eines der Ergebnisse ist eine neue Unschärferelation, die im Gegensatz zu der Heisenbergschen Unschärferelation die atomare Welt mit der klassischen Welt verknüpft. Sie ist die Verbindungsbrücke zwischen Mikrokosmos und Makrokosmos. Diese neue Unschärferelation gibt Auskunft darüber, wie schnell zwischen Zuständen umgeschaltet werden kann. Sie erlaubt, Zustände zu finden, die für die Informationsspeicherung in Atomen besonders geeignet sind, sofern mit Lasern die Übergänge erzwungen werden.
Das Buch enthält noch weitere bislang unveröffentlichte Ergebnisse. Die Theorien werden didaktisch so präsentiert, dass auch Studienanfänger der Physik oder Informatik den Ausführungen folgen können. Vielleicht konnte ich bei dem einen oder anderen das Interesse wecken, das Buch zu erwerben.
Abbildung 2.10: Stereobild als Beispiel für komplementäre Information: Betrachte das Anaglyphenbild mit einer rot(li)-grün(re)-Brille um einen 3-dimensionalen Eindruck zu erhalten. Komplementäre Information spielt auch in der Quantenwelt eine wichtige Rolle! Sie schlägt sich in den Heisenbergschen Unschärferelationen und einer im Buch erstmalig beschriebenen Unschärferelation nieder.
Abbildung 4.1 Elementare und atomare Informationsträger. Dargestellt ist das Standardmodell der Elementarteilchen. Fermionen sind rot, Bosonen blau und kraftvermittelnde Teilchen schwarz hervorgehoben.
Abbildung 13.4 Feynman-Diagramm der Wechselwirkung eines Elektrons mit einem virtuellen Teilchen. Siehe Erläuterungen und Berechnungen der Selbstenergie in Unterkapitel 13.3.
Abbildung 22.5 Fraktale Struktur der Atomhülle, dargestellt bis zur Feinstrukturebene. Detaillierte Erläuterungen sind im Buch zu finden. Wird die durch den Kernspin verursachte Hyperfeinstruktur mitberücksichtigt, kommt eine 5. Ebene hinzu. Mandelbrot untersuchte die fraktale Geometrie (Struktur) der Natur im Makrokosmos und belegte sie in seinem berühmten Buch mit unzähligen Beispielen. Mit der Analyse im Buch "Von klassischen Informationsspeichern zu atomaren für Quantencomputer", ISBN 978-3-940140-32-6 wird der Beweis erbracht, dass auch im Mikrokosmos eine fraktale Struktur vorliegt. Vermutlich ist die Natur über alle Skalenbereiche hinweg fraktal strukturiert.
Einer der wesentlichen Unterschiede zu den Heisenbergschen Unschärferelationen besteht darin, dass die neue Unschärferelation eine Brücke zur Makrowelt bildet. Das ermöglicht den gezielten Eingriff aus der Makrowelt in die Mikrowelt. Das Buch (ISBN 978-3-940140-32-6 führt in die Quantenmechanik ein, u. a. zur Herleitung der neuen Unschärferelation.