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Quanten-Zufallszahlengenerierung: Theorie und Praxis
by Stefan Rass Stefan Schauer Christian Kollmitzer Benjamin RainerDieses Buch bietet einen Überblick über die neuesten Implementierungen von Quanten-Zufallszahlengeneratoren (QRNGs) und untersucht insbesondere deren Beziehung zu klassischen statistischen Zufallsmodellen und numerischen Techniken zur Berechnung von Zufallszahlen. Der Leser - der idealerweise einen Hintergrund in klassischer Statistik, Informatik oder Kryptographie hat - wird Schritt für Schritt in die Welt der Quantenbits eingeführt, und es werden explizite Beziehungen zwischen QRNGs und ihren klassischen Gegenstücken aufgezeigt. Die Erzeugung von Zufallszahlen ist eine wichtige Säule der Kryptographie. Die Nutzung des Zufalls, der Quantenphänomenen innewohnt, ist ein sich rasch entwickelnder Zweig der Quantenkryptografie mit unzähligen Anwendungen für die Zukunft. Der Wert der Quantenzufälligkeit für kryptografische Zwecke wird empirisch durch statistische Auswertungen der Leistung von QRNGs im Vergleich zu klassischen Techniken zur Erzeugung echter und pseudozufälliger Zahlen nachgewiesen. Das Buch bietet dann einen Überblick über die technischen Implementierungen von QRNGs, bevor eine abschließende Diskussion über die wichtigsten Errungenschaften und verbleibenden Hindernisse auf diesem Gebiet die Berichterstattung abrundet und gleichzeitig die Tür für zukünftige Forschungsrichtungen öffnet.
Quantencomputer: Von der Quantenwelt zur Künstlichen Intelligenz
by Klaus MainzerDie Quantenwelt ist längst im Alltag angekommen, ohne dass es vielen bewusst ist. Dazu gehören Transistoren, Dioden und Laser, die aus Alltagsgeräten nicht mehr fortzudenken sind. Nach dieser ersten Generation der Quantentechnologien leben wir derzeit in der zweiten Generation, in der Grundprinzipien der Quantenmechanik gezielt in quantenmechanischen Geräten umgesetzt werden. Dazu gehören erste Prototypen von Quantencomputern, klassische Supercomputer mit Quantensimulation, Quantenkryptographie und Quantenkommunikation, Quantensensorik und Quantenmesstechnik. Was Einstein 1935 als spukhafter Effekt vorkam, ist längst Grundlage umwälzender Quantenkommunikation in Glasfasernetzen und Satellitentechnik, die ein zukünftiges Quanteninternet ankündigt. Quantencomputer als Mehrzweckrechner sind nur die Spitze des Eisbergs mit einer Technologie, die sich schrittweise als Netzwerk unserer Zivilisation ausbreitet. Umso dringender ist es, die Grundlagen der Quantenwelt als Hintergrund dieser Technologie zu verstehen. Grundlagen und Zusammenhänge begreifen, von den mathematischen und physikalischen Grundlagen bis zu den technischen Anwendungen, ist ein zentrales Ziel des Buchs. Ein weiteres Anliegen dieses Buchs ist das Zusammenwachsen mit der Künstlichen Intelligenz. In meinem Buch „Künstliche Intelligenz. Wann übernehmen die Maschinen?“ (Springer 2. Aufl. 2019) wird Machine learning herausgestellt, das Automatisierung in Robotik, Industrie- und Arbeitswelt verwirklicht. Mit Quantentechnologie, Quantencomputer und künstlicher Intelligenz zeichnet sich aber nicht nur eine Potenzierung neuer Möglichkeiten ab, sondern auch von Gefährdungen. Daher erhebt sich die Forderung nach frühzeitiger Technikgestaltung, damit Quantentechnologie und Künstliche Intelligenz sich als Dienstleistung in der Gesellschaft bewähren.
Quantencomputer & Co: Grundideen und zentrale Begriffe der Quanteninformation verständlich erklärt (essentials)
by Gesche PospiechDieses essential führt auf eine verständliche Art und Weise in die Grundlagen der Quanteninformation ein, ein sich in den letzten Jahren stürmisch entwickelndes Forschungsgebiet. Dabei werden sowohl die grundlegenden Konzepte der Quantenphysik vorgestellt, die wichtig für die Anwendungen in der Quanteninformationstechnologie sind, als auch zentrale Experimente, die das Verständnis für die Grundlagen der Quantenphysik nachhaltig beeinflussten. Auf dieser Basis werden dann die wichtigen und faszinierenden Anwendungen wie Quantenkryptographie und Quantenteleportation erläutert. Auch die Prinzipien der Funktionsweise eines Quantencomputers werden vorgestellt und erklärt.
Quantencomputing für Dummies (Für Dummies)
by Hans-Jurgen Steffens Christian Zöllner Kathrin SchäferQuantencomputing könnte die Informatik wie wir sie heute kennen revolutionieren. Die Möglichkeiten dieser Technologie sind enorm. Aber was steckt eigentlich dahinter? Mit diesem Buch führen Sie die Autoren so verständlich wie möglich in dieses komplexe Thema ein. Sie erklären Ihnen was es mit dem Quantencomputing überhaupt auf sich hat und erläutern die mathematischen und physikalischen Modelle, die ihm zugrunde liegen. Sie vergleichen Quantencomputing mit der aktuellen Informatik und werfen einen Blick darauf welche Anwendungen dadurch schon bald und welche in der weiteren Zukunft denkbar sind.
Quantenelektrodynamik: Eine Einführung für Lehramtsstudierende (BestMasters)
by Katharina SandnerSchon früh im Physikstudium und auch bereits in der Schule machen wir Bekanntschaft mit der klassischen Elektrostatik, Magnetostatik, aber auch der Elektrodynamik. Dabei sind die Maxwell-Gleichungen ein nicht mehr wegzudenkender, wichtiger Teil zur Beschreibung des Zusammenhangs zwischen elektrischen und magnetischen Feldern. Doch was ist, wenn wir weiter gehen, wenn wir den klassischen Pfad verlassen und uns der quantenmechanischen Theorie zuwenden? Finden wir dort unsere Wechselwirkung zwischen Licht und Materie wieder? Gibt es, ähnlich wie die Maxwell-Gleichungen, auch solch prägende Gleichungen?Diese Fragen beschäftigen uns in der vorliegenden Arbeit, wobei dazu zunächst die Korrespondenz der relativistischen Mechanik und relativistischen Quantenmechanik untersucht wird. Weiterführend folgt die Quantisierung von Feldern und diese geht in die Quantenelektrodynamik über. Hier werden, aufgrund des einführenden Charakters, nur Prozesse niedrigster Ordnung betrachtet und ein besonderes Augenmerk liegt auf der Compton-Streuung.
Quantenfeldtheorie und das Standardmodell der Teilchenphysik: Eine Einführung
by Owe PhilipsenDieses Lehrbuch bietet Studierenden der Physik eine Einführung in die Quantenfeldtheorie und die Grundlagen des Standardmodells der Teilchenphysik. Ausgehend von den Inhalten, die in den Grundvorlesungen zur Theoretischen Physik im Bachelorstudiengang vermittelt werden, schlägt das Buch eine Brücke von der relativistischen Quantenmechanik über die klassische Feldtheorie zur Quantenfeldtheorie und deren Anwendung auf die im Standardmodell vereinigten fundamentalen Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen. Sukzessive werden die elektromagnetische, die starke und die schwache Wechselwirkung phänomenologisch eingeführt, als Quantenfeldtheorie formuliert und ihre experimentelle Überprüfung diskutiert.Mithilfe von Zusammenfassungen und Übungsaufgaben am Ende jedes Kapitels können Leser den Inhalt Revue passieren lassen und das erlernte Wissen anwenden. Schritt für Schritt wird so das Standardmodell der Teilchenphysik entwickelt. Dieses stellt, spätestens mit der Entdeckung des Higgsteilchens im Jahre 2012 am CERN in Genf, eine vollständige, in sich geschlossene Theorie der bis 2018 experimentell überprüften Teilchenphysik dar. Das Buch ermöglicht schon Studierenden am Ende des Bachelors die Theorie und deren faszinierende Präzision nachzuvollziehen.
Quantenfeldtheorie Wie man beschreibt, was die Welt im Innersten zusammenhält
by Harald FritzschDie Geheimnisse des Mikrokosmos aufzudecken, hat die Physiker seit Jahrhunderten fasziniert. Doch obwohl in den vergangenen Jahrzehnten viele interessante Entdeckungen gemacht wurden, bleiben noch Fragen offen, die Harald Fritzsch in diesem Buch von der physikalischen und mathematischen Seite beleuchtet: - Haben die Physiker mit der Standardtheorie der Elementarteilchenphysik schon eine exakte Beschreibung der Teilchenwelt gefunden? - Gibt es wirklich eine ,,Große Vereinigung" aller fundamentalen Kräfte? - Und sind die Leptonen, (wie das Elektron), oder die Bausteine der Hadronen, (die Quarks), vielleicht gar nicht wirklich punktförmig, sondern kleine eindimensionale Objekte, die man als ,,Strings" bezeichnet? Dieses Buch setzt mathematische Vorbildung voraus und versteht sich als Überblick über die modernen Grundlagen der Quantenfeldtheorie und als Diskussionsbeitrag. Somit eignet sich das Werk insbesondere auch als Überblick und Wiederholung für Physiker. Harald Fritzsch ist bereits als Autor populärwissenschaftlicher Bücher bekannt. Sein Buch "Quarks", das in München 1980 erschien, wurde in mehr als 20 Sprachen übersetzt. Der Autor Prof. Harald Fritzsch (* 10. Februar 1943 in Zwickau) ist ein theoretischer Physiker, der vor allem wichtige Beiträge zur Theorie der Quarks, zur Entwicklung der Quantenchromodynamik und zur Großen Vereinheitlichung des Standardmodells der Elementarteilchen geleistet hat.
Quantenkommunikationsnetze
by Riccardo Bassoli Holger Boche Christian Deppe Roberto Ferrara Frank H. Fitzek Gisbert Janssen Sajad SaeedinaeeniDieses Buch bietet ein Tutorial über Quantenkommunikationsnetze. Die Autoren erörtern aktuelle Paradigmenwechsel in Kommunikationsnetzen, die erforderlich sind, um die einfachen Transportkonzepte der vorherrschenden Netze um Rechen- und Speicherfunktionen zu ergänzen. Sie zeigen, wie diese "softwarisierten" Lösungen neue Wege beschreiten, um Latenzzeiten zu reduzieren und die Ausfallsicherheit zu erhöhen. Die Autoren erörtern, wie diese Lösungen trotz der ihnen innewohnenden Probleme aufgrund der eingeführten Rechenlatenz und des Energieverbrauchs durch hybride klassisch-quantische Kommunikationsnetze gelöst werden können. Das Buch bringt Quantennetzwerke, Quanteninformationstheorie, Quantencomputer und Quantensimulation zusammen.
Quantenmechanik: Lehr- und Arbeitsbuch
by Friedhelm KuypersDas Lehrbuch zur Quantenmechanik des erfahrenen Hochschullehrers und Autors Friedhelm Kuypers gibt eine verständliche Einführung in eines der faszinierendsten Gebiete der Physik, gespickt mit rund 300 Aufgaben mit ausführlichen Lösungen.
Quantenmechanik: Einführung in die mathematische Formulierung (essentials)
by Martin PieperWer schon immer die Hieroglyphen auf Sheldons Tafel in der Fernsehserie The Big Bang Theory verstehen oder ganz genau wissen wollte, was es mit dem Schicksal von Schrödingers Katze auf sich hat, findet in diesem essential eine kurze, anschauliche Einführung in die Welt der Quantenmechanik. Speziell fokussiert sich der Text auf die mathematische Beschreibung im Hilbertraum. Hierbei geht der Inhalt über populärwissenschaftliche Darstellungen hinaus, ist allerdings trotzdem durch die anschaulichen Beispiele für Lesende ohne spezielle Vorkenntnisse geeignet. Der Autor:Prof. Dr. Martin Pieper ist seit 2011 Professor für Mathematik und Simulation an der FH Aachen. Vor seinem Ruf an die FH Aachen war er wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Optimierung des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik.
Quantenmechanik für Dummies (Für Dummies)
by Steven HolznerDie Quantenmechanik ist ein zentrales, wenn auch von vielen Studierenden ungeliebtes Thema der Physik. Aber keine Panik! Dieses Buch erklärt Ihnen freundlich, verständlich, kompetent, was Sie über Quantenmechanik wissen müssen. Es erläutert die Grundlagen von Drehimpuls und Spin, gibt Ihnen Tipps, wie Sie komplexe Gleichungen lösen, und nimmt den klassischen Problemen der Quantenmechanik den Schrecken. Zahlreiche, ausführlich erklärte Beispiele geben Ihnen zusätzliche Sicherheit auf einem vor Unschärfen und Wahrscheinlichkeiten wimmelnden Feld.
Quantenmechanik für Naturwissenschaftler
by Martin O. SteinhauserIn diesem Lehrbuch erhalten Studierende der Naturwissenschaften einen Einstieg in die Theorie und Methoden der Quantenmechanik. Besonderer Wert wird dabei auf eine didaktische Aufbereitung des Inhalts gelegt, wobei unter anderem sehr viele vollständig gerechnete Beispiele innerhalb der Kapitel, sowie zusätzliche mathematische Ergänzungen als Erklärung beitragen. Insgesamt über 100 Übungsaufgaben zu den einzelnen Kapiteln (überwiegend mit ausführlichen Lösungen), sowie mehr als 300 typische Prüfungsfragen, wie sie üblicherweise in mündlichen Prüfungen gestellt werden, unterstützen den Leser bei der Festigung des Gelernten.Abgedeckt wird der Lehrstoff zur nicht-relativistischen Quantenmechanik, der als Standard an Universitäten und Hochschulen in einführenden Veranstaltungen behandelt wird. Auch einige historische Aspekte der Entwicklungen zur Quantenmechanik kommen nicht zu kurz und es werden teilweise Referenzen zur Originalliteratur angegeben. Dazu gehört auch die Beantwortung von Fragen wie: “Woher kommt eigentlich das Wirkungsquantum und wie wurde es wirklich entdeckt bzw. eingeführt?” ebenso, wie eine Diskussion der in Kursvorlesungen oftmals vernachlässigten Interpretationen der Quantenmechanik. Dieses Buch dient damit Studierenden der Chemie, Physik, Nanowissenschaften, Ingenieurwissenschaften, Geowissenschaften, Mathematik, Biologie und vielen mehr als wertvoller Begleiter zum Selbststudium, in der Prüfungsvorbereitung oder auch parallel zum Verständnis der Vorlesung.
Quantenmechanik für Naturwissenschaftler: Ein Lehr- und Übungsbuch mit zahlreichen Aufgaben und Lösungen
by Martin O. SteinhauserIn diesem Lehrbuch erhalten Studierende der Naturwissenschaften einen Einstieg in die Theorie und Methoden der Quantenmechanik. Besonderer Wert wird dabei auf eine didaktische Aufbereitung des Inhalts gelegt, wobei unter anderem sehr viele vollständig gerechnete Beispiele innerhalb der Kapitel sowie zusätzliche mathematische Ergänzungen als Erklärung beitragen. Insgesamt über 100 Übungsaufgaben zu den einzelnen Kapiteln (überwiegend mit ausführlichen Lösungen) sowie mehr als 300 typische Prüfungsfragen unterstützen den Leser bei der Festigung des Gelernten.Abgedeckt wird der Lehrstoff zur nicht-relativistischen Quantenmechanik, der als Standard an Universitäten und Hochschulen in einführenden Veranstaltungen behandelt wird. Dieses Buch dient damit Studierenden der Chemie, Physik, Nanowissenschaften, Ingenieurwissenschaften, Geowissenschaften, Mathematik, Biologie und vielen mehr als wertvoller Begleiter zum Selbststudium, in der Prüfungsvorbereitung oder auch parallel zum Verständnis der Vorlesung.Im Rahmen dieser überarbeiteten und aktualisierten 2. Auflage werden zusätzlich Lernvideos zur Verfügung gestellt, die besonders interessante Aspekte, Herleitungen oder Gleichungen im Buch erklären.
Quantenmechanik (nicht nur) für Lehramtsstudierende
by Thomas FilkDieses Lehrbuch zur Quantentheorie ist speziell für Lehramtsstudierende konzipiert und auf die Bedürfnisse zukünftiger Lehrer und Lehrerinnen zugeschnitten. Die konzeptuellen Grundlagen, aber auch die Darstellung des mathematischen Formalismus der Quantenphysik stehen dabei im Vordergrund, gleichzeitig wird weniger Wert auf eine detaillierte Beschreibung der mathematischen Techniken zur Lösung spezifischer Probleme gelegt.Im ersten, einführenden Teil des Buches werden mögliche Zugänge zur Quantenmechanik beschrieben. Diese bieten dem Leser nicht nur zu Beginn verschiedene Perspektiven, aus denen man die Quantentheorie betrachten kann, sondern können auch mit den notwendigen didaktischen Änderungen in der Schule verwendet werden. Teil II umfasst den eigentlichen Lehrstoff, wie er in Vorlesungen an der Hochschule vermittelt wird: Vom mathematischen Rüstzeug über die Postulate bis hin zur Anwendung auf einfache Systeme, darunter das Kastenpotential, den harmonischen Oszillator und das Wasserstoffatom. Das Grundwissen der Quantenmechanik wird hier nachvollziehbar und verständlich erklärt. Der dritte und abschließende Teil bietet eine Sammlung von weiterführenden, voneinander unabhängigen Themen mit ausführlicheren Hintergründen zu den Grundlagen und Anwendungen. Kapitel zu offenen Fragen, Problemen und Interpretationen der Quantentheorie, Quantenlogik aber auch tiefer gehende Betrachtungen der mathematischen Zusammenhänge ermöglichen so ein erweitertes Verständnis.Mit Hilfe von Übungsaufgaben können Studierende das Gelernte überprüfen und in der Anwendung festigen. Die Lösungen zu den Aufgaben sowie weitere Aufgaben werden online bereitgestellt.
Quantenmechanik nur mit Matrizen
by Günter LudykDas Buch gibt eine Einführung in die Quantenmechanik mittels Matrizenrechnung. Heisenbergs Matrizenmechanik ist darin ausführlich beschrieben und die grundlegenden Gleichungen werden mit algebraischen Methoden und Matrizen berechnet. Während in vielen Lehrbüchern die Quantenmechanik mittels Schrödingers Wellenmechanik behandelt wird, findet sich in diesem Werk nur eine kurze Einführung in diese, um ihre Äquivalenz zu Heisenbergs Matrizenmethode zu zeigen. Im ersten Teil des Buches wird die historische Entwicklung der Quantentheorie durch Planck, Bohr und Sommerfeld beschrieben, gefolgt von den Ideen und Methoden von Heisenberg, Born und Jordan. Anschließend wird auf Paulis Spintheorie und auf sein Ausschließungsprinzip eingegangen, welches letztlich zur Struktur von Atomen führt. Abschließend wird Diracs relativistische Quantenmechanik kurz beschrieben. Die vorkommenden Matrizen und Matrizengleichungen können heutzutage leicht mittels numerischer Computeralgorithmen, wie z.B. MAPLE oder Mathematica gehandhabt werden.
Quantenmechanik Schritt für Schritt: Ein Aufgaben- und Lösungsbuch
by Viktor Bender Alexander Lehmann Hannah OchnerDer Schwerpunkt des vorliegenden Buches liegt auf der ausführlichen und klaren Präsentation typischer Aufgaben zur Quantenmechanik und deren Lösungen, die Studierende Schritt für Schritt nachvollziehen können. Als Tutoren haben die Autoren viel Erfahrung darin gesammelt, welche Schwierigkeiten auftreten oder welche Hindernisse Studierenden begegnen. Die Autoren stellen Kompliziertes verständlich dar, besprechen Rechenschritte, die oft als "trivial" bezeichnet werden und zeigen häufige Fallstricke auf. Jedes Kapitel des Buches beginnt mit einem Überblick der wichtigsten Konzepte und Formeln des jeweiligen Themas. Die Auswahl der Aufgaben orientiert sich an den üblichen Themen und Problemstellungen einer Vorlesung zur Quantenmechanik auf Bachelorniveau: die Mathematischen Grundlagen und der Formalismus, die Schrödinger-Gleichung, Drehimpuls, Potentialprobleme in einer Dimension und das Wasserstoffatom. Die Aufgaben und deren Lösungen werden mit einleitenden Worten in den thematischen Rahmen gesetzt, sodass Studierende leicht nachvollziehen können, warum man ein bestimmtes Problem überhaupt betrachtet. Zahlreiche Hinweiskästen machen auf häufige Fehler aufmerksam oder geben zusätzliche Informationen, die das Verständnis erleichtern. Diese studentennahe Darstellung eignet sich für alle, die ausführlich besprochene Aufgaben zur Quantenmechanik-Vorlesung suchen, aber sich auch mit den Zusammenhängen der Quantenmechanik beschäftigen wollen. Die Autoren Viktor Bender studiert Physik an der Humboldt-Universität zu Berlin mit Fokus auf der Theoretischen Physik. Derzeit schreibt er seine Masterarbeit bei der europäischen Raumfahrtorganisation ESA in Darmstadt. Alexander Lehmann hat Physik in Berlin und Graz mit dem Schwerpunkt auf Gitterfeldtheorie studiert. Zurzeit promoviert er an der Uni Heidelberg und der Universität Stavanger in Norwegen. Hannah Ochner studierte Physik und Philosophie in München mit Schwerpunkt auf theoretischer und mathematischer Physik und den Grundlagen der Quantenmechanik. Zurzeit promoviert sie am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart.
Quantenmechanik zu Fuß 1
by Jochen PadeDas Lehrbuch bietet eine Einführung in die Grundlagen der nicht-relativistischen Quantenmechanik. Der Autor stellt Standardthemen kombiniert mit neuen Entwicklungen dar und schafft so einen neuen Zugang zum Thema. Die Hilfsmittel für die mathematische Formulierung der wesentlichen Prinzipien der Quantenmechanik erläutert er schrittweise. Weiterführende Themen wie z. B. der Quanten-Zeno-Effekt werden im Anhang behandelt. Der Band enthält 250 Aufgaben und ist insbesondere für Studierende geeignet, die nicht den Schwerpunkt Theorie gewählt haben.
Quantenmechanik zu Fuß 1: Grundlagen
by Jochen PadeDie beiden Bände von Quantenmechanik zu Fuß führen Schritt für Schritt in die Grundlagen der nichtrelativistischen Quantenmechanik ein.Dieser erste Band konzentriert sich hauptsächlich auf die wesentlichen Prinzipien, während Anwendungen und Erweiterungen des Formalismus in Band 2 zu finden sind.Um die Grundideen der Quantenmechanik und ihre mathematische Formulierung schnell und anschaulich darzustellen, wird in den ersten Kapiteln systematisch zwischen analytischer und algebraischer Darstellung gewechselt. Auf diese Weise können neben dem traditionellen Lehrstoff frühzeitig auch aktuelle Themen detailliert besprochen werden, wie z.B. Neutrino-Oszillationen und Quantenkryptographie. Ausgearbeitete Beispiele erleichtern den Zugang. Die erforderlichen mathematischen Werkzeuge werden dabei nach Bedarf eingeführt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Darstellung und Diskussion des Messproblems und anderer grundlegender konzeptueller Fragen. Ein Kapitel über die Postulate der Quantenmechanik schließt diesen ersten Band ab.Im Anhang findet sich eine kompakte Zusammenfassung der wichtigsten mathematischen Hilfsmittel, sodass auf ergänzende Literatur verzichten werden kann. Außerdem werden dort weiterführende Themen wie der Quanten-Zeno-Effekt und Time-delay-Experimente behandelt. Über 250 Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen helfen dabei, das Verständnis für die behandelten Themen zu vertiefen.Die vorliegende überarbeitete und aktualisierte zweite Auflage ist um eine Einführung in einige Ideen und Probleme der relativistischen Quantenmechanik erweitert. In diesem ersten Band werden die Klein-Gordon- und die Dirac-Gleichung behandelt. Für die Relativistik benötigte Grundlagen anderer Gebiete werden in kompakter Form bereit gestellt (spezielle Relativitätstheorie, klassische Feldtheorie und Elektrodynamik).Quantenmechanik zu Fuß richtet sich an alle Studierenden der Physik und andere, die eine angemessen einfache, frische und moderne Einführung in die Quantenmechanik suchen. Das Buch eignet sich auch sehr gut zum Selbststudium.
Quantenmechanik zu Fuß 2: Anwendungen und Erweiterungen
by Jochen PadeDie beiden Bände von Quantenmechanik zu Fuß führen Schritt für Schritt in die Grundlagen der nichtrelativistischen Quantenmechanik ein.Während sich der erste Band mit den wesentlichen Prinzipien befasst, werden in diesem zweiten Band Anwendungen und Erweiterungen auf komplexere Probleme erörtert.Neben Gebieten, die zum traditionellen Stoff der Quantenmechanik gehören wie z.B. Symmetrien, Streutheorie oder Vielteilchenprobleme, werden auch aktuelle Themen ausführlich behandelt, etwa Verschränkung, Bellsche Ungleichung, Dekohärenz, Quantencomputer und andere Aspekte der Quanteninformation. Ausgearbeitete Beispiele erleichtern den Zugang. Die Realismusdebatte und andere konzeptuelle Fragen der Quantenmechanik werden ausführlich besprochen. Ein Kapitel über die Interpretationen der Quantenmechanik schließt diesen zweiten Band ab.Im Anhang wird das erforderliche mathematische Handwerkszeug kompakt zusammengestellt. Außerdem werden dort weiterführendeThemen wie der Lenz-Vektor, das Hardy-Experiment und der Shor-Algorithmus detailliert dargestellt. Über 150 Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen helfen dabei, das Verständnis für die behandelten Themen zu vertiefen. Die vorliegende überarbeitete und aktualisierte zweite Auflage ist um eine Einführung in einige Ideen und Probleme der relativistischen Quantenmechanik erweitert. In diesem zweiten Band wird ein Überblick über die Quantenfeldtheorie gegeben und grundlegende Konzepte der Quantenelektrodynamik eingehend behandelt.Quantenmechanik zu Fuß richtet sich an alle Studierenden der Physik und andere, die eine angemessen einfache, frische und moderne Einführung in die Quantenmechanik suchen. Das Buch eignet sich auch sehr gut zum Selbststudium.
Quantenmechanische Grundlagen der Molekülspektroskopie
by Max DiemSchlägt die Brücke zwischen Quantentheorie und Spektroskopie! Spektroskopie ist das Arbeitspferd zur Struktur- und Eigenschaftsaufklärung von Molekülen und Werkstoffen. Um die verschiedenen spektroskopischen Methoden verstehen, kompetent anwenden und die Ergebnisse interpretieren zu können, ist grundlegendes Wissen der Quantenmechanik erforderlich: Konzepte wie stationäre Zustände, erlaubte und verbotene Übergänge, Elektronenspin und Elektron-Elektron-, Elektron-Photon- und Elektron-Phonon-Wechselwirkung sind die Grundlagen jeglicher spektroskopischen Methode. Quantenmechanische Grundlagen der Molekülspektroskopie führt ein in die quantenmechanischen Grundlagen der Molekülspektroskopie, geschrieben vom Standpunkt eines erfahrenen Anwenders spektroskopischer Methoden. Das Lehrbuch vermittelt das notwendige Hintergrundwissen, um Spektroskopie zu verstehen: Energie-Eigenzustände, Übergänge zwischen diesen Zuständen, Auswahlregeln und Symmetrie. Zahlreiche Spektroskopiearten werden diskutiert, etwa Fluoreszenz-, Oberflächen-, Raman-, IR- und Spin-Spektroskopie. * Perfekte Balance: ausreichend Physik und Mathematik, um Spektroskopie zu verstehen, ohne die Leserinnen und Leser mit unnötigem Formalismus zu überfrachten * Relevantes Thema: spektroskopische Methoden werden in allen Bereichen der Chemie, Biophysik, Biologie und Materialwissenschaften angewandt * Auf die Bedürfnisse Studierender zugeschnitten: der Autor ist ein erfahrener Hochschullehrer, der auch schwierige Aspekte verständlich vermittelt * Hervorragende Didaktik: detaillierte Erklärungen und durchgerechnete Beispiele unterstützen das Verständnis; zahlreiche Aufgaben mit Lösungen im Anhang erleichtern das Selbststudium Geschrieben für Studierende der Chemie, Biochemie, Materialwissenschaften und Physik, bietet Quantenmechanische Grundlagen der Molekülspektroskopie umfassendes Lernmaterial zum Verständnis der Molekülspektroskopie.
Quantenökonomie: Denkanstöße für eine Synthese von Quantenphysik, Bewusstsein und Ökonomie (essentials)
by Thomas HoltfortDieses Buch beschäftigt sich mit dem neuen Begriff der „Quantenökonomie“. Diese verbindet Erkenntnisse aus der Quantenphysik und der Bewusstseinsforschung mit ökonomischen Prozessen bzw. Rahmenbedingungen und versucht mit dem Quantenbewusstseinsmodell einen neuen Realitätsbegriff zu schaffen. Dieser Realitätsbegriff generiert neue Ideen und Denkanstöße für einen methodologisch anderen Ökonomiebegriff mit dem Ziel, das Potenzial für sinnvollere und nachhaltigere Entscheidungen zu erweitern.
Quantenphysik für Dummies (Für Dummies)
by Steven HolznerVon den Grundlagen bis zur Streutheorie – das Wichtigste zur Quantenmechanik Die Quantenphysik ist ein zentrales und spannendes, wenn auch von vielen Schülern und Studenten ungeliebtes Thema der Physik. Aber keine Sorge! Steven Holzner erklärt Ihnen verständlich und lebendig, was Sie über Quantenphysik wissen müssen. Er erläutert die Grundlagen von Drehimpuls und Spin, gibt Ihnen Tipps, wie Sie komplexe Gleichungen lösen und nimmt den klassischen Problemen der Quantenphysik den Schrecken. Dabei arbeitet er mit Beispielen, die er ausführlich erklärt und gibt Ihnen so zusätzliche Sicherheit auf einem vor Unschärfen wimmelnden Feld.
Quantenphysik und Soziologie im Dialog: Betrachtungen zu Zeit, Beobachtung und Verschränkung
by Werner VogdSei es in der Quantenphysik, den Kognitionswissenschaften oder der Soziologie – die Problematik des Beobachters und die Einbeziehung von Nicht-Wissen und Unbestimmtheiten ist in verschiedenen wissenschaftlichen Feldern nicht zuletzt aus empirischen Gründen entstanden. Die hiermit verbundenen theoretischen Konzepte bringen nolens volens Aporien oder Paradoxien mit sich. Nicht zuletzt aus diesem Grunde verspricht der Vergleich von Quantenphysik und Soziologie neue Einsichten in die Leistungen wie auch Probleme von Weltbeschreibungen, die Selbstreferenz nicht per se ausschließen möchten. Der Dialog geschieht anhand ausgewählter Problemfelder. Zu nennen sind hier etwa:Der Objekt-Subjekt-Schnitt;die Frage, was (für wen) Information ist, die Beobachterabhängigkeit von Begriffen wie Probabilität, Kausalität und Unbestimmtheit, die Modellierung extrinsischer Eigenschaften, der Umgang mit Komplexität sowie das Verhältnis von Sinn, Gegenstand und Interpretation. Mit Blick auf die Arbeiten aus dem Umfeld von Anton Zeilinger treten in diesem Projekt renommierte Physiker und Soziologen in einen Dialog, der neben erkenntnistheoretischen Problemen nicht zuletzt auch die offenen Fragen des eigenen Fachgebiets behandelt.
Quantensinn und Quantenunsinn: Determinismus, Lokalität und offene Fragen der Quantenmechanik
by Jean Bricmont Carl FreytagMit diesem Buch entwirrt Jean Bricmont die vermeintlichen Rätsel und Mysterien der Quantenmechanik und erklärt Laien die Grundprinzipien der Quantentheorie. Dabei unterstreicht er auf unterhaltsame Art deren paradoxe Natur und entwirrt die unglaubliche Menge an Fehlvorstellungen, Pseudowissenschaft und falscher Philosophie, die viele populäre Diskussionen zur Quantenmechanik begleiten.Mit möglichst wenig Mathematik und Fachsprache, liefert er den Leserinnen und Lesern Antworten auf die wichtigsten konzeptionellen Fragen, die mit der Quantenmechanik verbunden sind:· Die Frage des Determinismus: Läutet die Quantenmechanik das Ende einer deterministischen Weltansicht ein? Erklärt oder rechtfertigt sie den „freien Willen“?· Die Rolle des "Beobachters" in der Wissenschaft: Welche Rolle spielt der Mensch als Subjekt und Beobachter im physikalischen Prozess?· Die Frage der Lokalität: Sagt die Quantenmechanik, dass es in der Natur „spukhafte Fernwirkungen“ gibt? Und steht das nicht im Gegensatz zur Aussage der Relativitätstheorie, dass sich nichts schneller als das Licht bewegen kann?Das Buch gibt keine endgültigen Antworten auf diese Fragen, sondern eröffnet mögliche Lösungen, die in der wissenschaftliche Gemeinschaft immer noch diskutiert werden und jenseits dessen liegen, was in üblichen Vorlesungen und populären Büchern über Quantenmechanik zu hören ist.
Quantifizieren der Vision Zero: Gesamtheitliche Effektivitätsbewertung von Fahrerassistenzsystemen (AutoUni – Schriftenreihe #165)
by Lukas StarkModerne Fahrzeuge sind mit einer Vielzahl an elektronischen Systemen ausgestattet, die unter anderem dazu beitragen, die Verkehrssicherheit zu erhöhen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Wirksamkeit von Fahrerassistenzsystemen und automatischen Fahrfunktionen hinsichtlich der Vermeidung von schweren Verkehrsunfällen. Die entwickelte gesamtheitliche Methodik zur Effektivitätsbewertung adressiert folgende Themenschwerpunkte: Bewertungsmethodik, Datengrundlage und Integration der zu bewertenden Systeme in die Bewertungsumgebung.