Quantenzustand

Der Mikrokosmos von Atomen, Elektronen oder anderen Bausteinen der Materie gehorcht den Gesetzen der Quantenmechanik. Der Zustand eines Teilchens ist unscharf. Das heißt es existiert  in mehreren Zuständen gleichzeitig. Die Quantenmechanik sagt das Ergebnis einer Messung, um den Aufenthaltsort zu bestimmen, nicht eindeutig voraus. Vielmehr gibt der Quantenzustand jeweils eine Wahrscheinlichkeit für die möglichen Messresultate an. Der Aufenthaltsort eines Elektrons zum Beispiel wird erst durch eine Ortsmessung eindeutig festgelegt. Zuvor war nur bekannt, wo sich das Elektron mit hoher und wo mit weniger hoher Wahrscheinlichkeit aufhält. Mathematisch beschrieben wird der Quantenzustand durch die so genannte Wellenfunktion. Auch Systeme aus vielen oder sehr vielen Teilchen werden durch eine Wellenfunktion beschrieben. Die Wellenfunktion enthält alle Möglichkeiten, in denen das betrachtete System bei einer Messung angetroffen werden kann. Wie der Name andeutet, trägt die Wellenfunktion auch dem Umstand Rechnung, dass Teilchen sich gemäß der Quantenphysik wie Wellen verhalten können. Die verschiedenen Komponenten eines Quantenzustandes können sich wie Wellen überlagern und sich gegenseitig verstärken oder auslöschen. Entsprechend kann sich die Wahrscheinlichkeit, bestimmte Messergebnisse zu erhalten verstärken oder abschwächen. Dieser Effekt wird bei Quantencomputern zur parallelen Verarbeitung von Information benutzt.