{"id":10718,"date":"2026-06-16T10:00:00","date_gmt":"2026-06-16T08:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/de.elv.com\/elvjournal\/?p=10718"},"modified":"2026-06-12T09:16:35","modified_gmt":"2026-06-12T07:16:35","slug":"doppelspaltexperiment-quantencomputer-teil-1","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/de.elv.com\/elvjournal\/doppelspaltexperiment-quantencomputer-teil-1\/","title":{"rendered":"Vom Doppelspaltexperiment zum Quantencomputer (Teil 1)"},"content":{"rendered":"\n

Vom Doppelspaltexperiment zum Quantencomputer \u2013 Teil 1<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Von Wellen und Teilchen zur Quantenmechanik<\/h1>\n\n\n\n

Das Doppelspaltexperiment ist eines der ber\u00fchmtesten Experimente der Physik und bildet die Grundlage f\u00fcr das Verst\u00e4ndnis der Quantenmechanik. Es zeigt, dass Licht und Materie sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften besitzen \u2013 eine fundamentale Eigenschaft der Quantenwelt. Dieses Experiment ist so wichtig, weil es dazu zwingt, die klassische Vorstellung der Realit\u00e4t zu \u00fcberdenken. Seine Prinzipien sind essenziell f\u00fcr moderne Quantentechnologien, einschlie\u00dflich der in letzter Zeit so viel diskutierten Quantencomputer.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

<\/div>\n\n\n\n

Das klassische Doppelspaltexperiment: Wellenph\u00e4nomene<\/h2>\n\n\n\n

Das klassische Doppelspalt-Experiment mit Licht ist in Bild 1<\/mark> dargestellt:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Eine Lichtquelle strahlt monochromatisches (einfarbiges) Licht auf eine Barriere mit zwei schmalen Spalten, den sogenannten \u201eDoppelspalt\u201c<\/li>\n\n\n\n
  • Hinter der Barriere befindet sich ein Schirm, auf dem das Licht aufgefangen wird<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
    \"Bild
    Bild 1: Das Doppelspaltexperiment<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
    <\/div>\n\n\n\n

    Dieses Experiment liefert die folgende Beobachtung:<\/p>\n\n\n\n

      \n
    • Wenn Licht durch zwei eng benachbarte Spalte l\u00e4uft, bildet sich ein Interferenzmuster aus mehreren hellen und dunkle Streifen<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

      Licht verh\u00e4lt sich hier wie eine Welle:<\/p>\n\n\n\n

        \n
      • Die Wellen breiten sich hinter den Spalten aus und \u00fcberlagern sich.<\/li>\n\n\n\n
      • Wo Wellenberge aufeinandertreffen, verst\u00e4rken sie sich (helle Streifen).<\/li>\n\n\n\n
      • Wenn ein Wellenberg auf ein Wellental trifft, kommt es zur Ausl\u00f6schung (dunkle Streifen).<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

        Diese Interferenz ist ein typisches Verhalten von Wellen und zeigt, dass Licht Wellennatur besitzt. Das gleiche Experiment wurde mit Elektronen durchgef\u00fchrt. Klassisch betrachtet, sollten sich Elektronen wie kleine Billardkugeln verhalten: Jedes Elektron sollte durch einen der beiden Spalte gehen und zwei Streifen auf dem Schirm erzeugen. Erstaunlicherweise zeigt das Experiment jedoch ebenfalls ein Interferenzmuster \u2013 genau wie beim Licht!<\/p>\n\n\n\n

        Das bedeutet:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

          \n
        • Auch Elektronen verhalten sich wie Wellen<\/li>\n\n\n\n
        • Sie scheinen sich \u201egleichzeitig\u201c durch beide Spalte zu bewegen und zu interferieren<\/li>\n\n\n\n
        • Dies deutet darauf hin, dass Teilchen in der Quantenmechanik in einer \u00dcberlagerung (Superposition) von Zust\u00e4nden existieren \u2013 sie gehen nicht entweder durch den einen oder den anderen Spalt<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
          <\/div>\n\n\n\n

          Der Einfluss der Messung \u2013 Der Kollaps der Wellenfunktion<\/h2>\n\n\n\n

          Eine noch gr\u00f6\u00dfere \u00dcberraschung tritt auf, wenn man einen Detektor an den Spalten anbringt, um zu \u201ebeobachten\u201c, welchen Weg jeweils ein Photon oder Elektron nimmt. Dieses Experiment liefert die folgenden Ergebnisse:<\/p>\n\n\n\n

            \n
          • Sobald gemessen wird, durch welchen Spalt ein Teilchen geht, verschwindet das Interferenzmuster!<\/li>\n\n\n\n
          • Stattdessen erscheinen zwei klassische Streifen \u2013 so, als ob die Elektronen oder Photonen wieder einfache \u201eklassische\u201c Teilchen w\u00e4ren<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

            Schlussfolgerung:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

              \n
            • Die Messung ver\u00e4ndert das Verhalten der Teilchen<\/li>\n\n\n\n
            • Solange nicht gemessen wird, existiert das Quantenteilchen in einer \u00dcberlagerung von Wegen (Wellencharakter).<\/li>\n\n\n\n
            • Sobald gemessen wird, \u201eentscheidet\u201c es sich f\u00fcr einen Spalt (Teilchencharakter)<\/li>\n\n\n\n
            • Dieses Ph\u00e4nomen wird als \u201eKollaps der Wellenfunktion\u201c bezeichnet<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

              Dies zeigt, dass in der Quantenwelt die Realit\u00e4t erst durch eine Messung festgelegt wird.<\/p>\n\n\n\n

              <\/div>\n\n\n\n

              Bedeutung f\u00fcr die Quantenmechanik<\/h2>\n\n\n\n

              Das Doppelspaltexperiment liefert mehrere fundamentale Einsichten:<\/p>\n\n\n\n

              1. Welle-Teilchen-Dualismus:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                \n
              • Licht und Materie haben sowohl Welleneigenschaften als auch Teilcheneigenschaften<\/li>\n\n\n\n
              • Ob sie sich als Welle oder Teilchen verhalten, h\u00e4ngt von der Messung ab<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                2. Superposition:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                  \n
                • Ein Quantensystem kann sich gleichzeitig in mehreren Zust\u00e4nden befinden<\/li>\n\n\n\n
                • Erst eine Messung zwingt es, sich f\u00fcr einen Zustand zu \u201eentscheiden\u201c<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                  3. Die Rolle des Beobachters:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                    \n
                  • In der Quantenmechanik ist der Beobachter nicht passiv, sondern beeinflusst das System aktiv<\/li>\n\n\n\n
                  • Realit\u00e4t scheint nicht objektiv festzustehen, sondern durch Messung bestimmt zu werden<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                    Quanten k\u00f6nnen also gleichzeitig mehrere Zust\u00e4nde einnehmen und befinden sich dann in einer sogenannten Superposition. In diesem Zustand verhalten sie sich nicht mehr wie Teilchen, sondern wie Wellen. Erst bei der Messung wird der Zustand eindeutig auf einen bestimmten Zustand festgelegt.<\/p>\n\n\n\n

                    Die Verschr\u00e4nkung beschreibt eine besondere Kopplung zwischen Quanten, die unter anderem auftritt, wenn die Teilchen miteinander wechselwirken. Sie bilden dann ein Gesamtsystem, in dem die Quanten nicht mehr einzeln beschrieben werden k\u00f6nnen, sondern voneinander abh\u00e4ngig sind. Eine Zustandsmessung bei dem einen Quant f\u00fchrt dann automatisch zu einer Zustands\u00e4nderung des anderen Systems \u2013 auch, wenn sie weit voneinander entfernt sind.<\/p>\n\n\n\n

                    <\/div>\n\n\n\n

                    Alltagsbeispiel f\u00fcr Superposition: Schr\u00f6dingers Katze<\/h2>\n\n\n\n

                    Ein anschauliches Beispiel f\u00fcr das Prinzip der Superposition in der Quantenmechanik ist das Gedankenexperiment von \u201eSchr\u00f6dingers Katze\u201c (Bild 2)<\/mark>, das 1935 vom Physiker Erwin Schr\u00f6dinger formuliert wurde. In der gedachten Versuchsanordnung ist eine Katze in einer geschlossenen Box mit folgendem Aufbau:<\/p>\n\n\n\n

                      \n
                    • In der Box befindet sich ein radioaktives Atom, das mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in einer bestimmten Zeit zerfallen kann<\/li>\n\n\n\n
                    • Falls das Atom zerf\u00e4llt, l\u00f6st es einen Mechanismus aus, der ein Gift freisetzt und die Katze t\u00f6tet<\/li>\n\n\n\n
                    • Falls das Atom nicht zerf\u00e4llt, bleibt die Katze am Leben<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
                      \"Bild
                      Bild 2: Schr\u00f6dingers Katze<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
                      <\/div>\n\n\n\n

                      Da der Zerfall eines Atoms ein quantenmechanischer Prozess ist, der erst durch Messung \u201efestgelegt\u201c wird, folgt daraus: Solange die Box geschlossen ist, befindet sich die Katze gleichzeitig in beiden Zust\u00e4nden \u2013 sie ist sowohl lebendig als auch tot!<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                      Diese paradoxe Situation nennt man Superposition. Das Experiment zeigt das zentrale Problem der Quantenmechanik:<\/p>\n\n\n\n

                        \n
                      • Superposition:<\/strong> Ein Quantensystem kann gleichzeitig in mehreren Zust\u00e4nden existieren (wie die Katze \u201elebendig und tot\u201c zugleich).<\/li>\n\n\n\n
                      • Messung ver\u00e4ndert das System: <\/strong>Sobald wir die Box \u00f6ffnen und nachsehen, bricht die Superposition zusammen \u2013 wir sehen entweder eine lebendige oder eine tote Katze.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                        Falls Schr\u00f6dingers Katze zu abstrakt ist, helfen vielleicht diese Beispiele:<\/p>\n\n\n\n

                          \n
                        • Eine wichtige E-Mail kann eine gute oder schlechte Nachricht entalten<\/li>\n\n\n\n
                        • Solange die E-Mail nicht ge\u00f6ffnet wird, existieren beide M\u00f6glichkeiten gleichzeitig \u2013 es k\u00f6nnte beides sein!<\/li>\n\n\n\n
                        • Erst wenn die E-Mail gelesen wird (entspricht der Messung in der Quantenmechanik), \u201eentscheidet\u201c sich der Zustand \u2013 man erf\u00e4hrt die gute oder schlechte Nachricht.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                          Das ist ein einfacher Vergleich f\u00fcr Superposition: Etwas kann in mehreren Zust\u00e4nden gleichzeitig sein, bis eine Messung (oder Beobachtung) es auf einen Zustand festlegt. <\/p>\n\n\n\n

                          \n
                          \n

                          Ein weiteres Analogon ist eine rotierende M\u00fcnze (Bild 3)<\/mark>. Bei einer klassischen M\u00fcnze liegt entweder \u201eKopf\u201c oder \u201eZahl\u201c oben. Ein Quantenteilchen ist jedoch nicht auf einen dieser beiden Zust\u00e4nde beschr\u00e4nkt, sondern es kann in einem \u00dcberlagerungszustand gehalten werden. Eine rotierende M\u00fcnze kann hier als Analogie verwendet werden:

                          Solange sie nach einem Wurf rotiert, kann nicht festgestellt werden, ob sie auf Kopf oder Zahl landen wird \u2013 sie wird sozusagen in einem Zustand zwischen beiden M\u00f6glichkeiten gehalten. Erst wenn die M\u00fcnze ausgerollt ist, wird entschieden, ob Kopf oder Zahl gezeigt wird. <\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

                          \n
                          \"Bild
                          Bild 3: Rotierende M\u00fcnze<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
                          <\/div>\n\n\n\n

                          Auf \u00e4hnliche Weise wird bei einem Qubit durch eine Messung der \u00dcberlagerungszustand in einen definitiven Zustand \u00fcberf\u00fchrt. Durch die Rotation der M\u00fcnze wird veranschaulicht, dass ein Qubit nicht einfach als 0 oder 1 definiert wird, sondern beide Zust\u00e4nde gleichzeitig \u201egetragen\u201c werden, bis eine Messung durchgef\u00fchrt wird.<\/p>\n\n\n\n

                          <\/div>\n\n\n\n

                          Relevanz f\u00fcr Quantencomputer<\/h2>\n\n\n\n

                          Warum sind diese Experimente wichtig f\u00fcr Quantencomputer?<\/p>\n\n\n\n

                          Superposition:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                            \n
                            • Quantencomputer nutzen sogenannte Qubits, die nicht nur die Werte 0 oder 1 annehmen, sondern gleichzeitig in beiden Zust\u00e4nden sein k\u00f6nnen<\/li><\/ul><\/li>\n\n\n\n
                            • Wichtig dabei ist, dass das Prinzip der \u00dcberlagerung exponentiell anwachsende Rechenleistung erm\u00f6glicht<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                              Quantenmessung:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

                                \n
                              • Die Messung eines Qubits ver\u00e4ndert seinen Zustand \u2013 genau wie beim Doppelspaltexperiment<\/li>\n\n\n\n
                              • Dies wird genutzt, um Berechnungen durchzuf\u00fchren und Informationen auszulesen.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                                Das Doppelspaltexperiment zeigt also nicht nur eine merkw\u00fcrdige Eigenschaft der Quantenwelt, sondern bildet auch die Grundlage f\u00fcr zuk\u00fcnftige Technologien.<\/p>\n\n\n\n

                                <\/div>\n\n\n\n

                                Vom Doppelspaltexperiment zum Quantencomputer<\/h2>\n\n\n\n

                                Die Entwicklung vom Doppelspaltexperiment hin zum Quantencomputer umfasst viele wichtige Entdeckungen und Fortschritte. Im Jahr 1802 f\u00fchrte Thomas Young das Doppelspaltexperiment durch und zeigte damit den Wellencharakter des Lichts.<\/p>\n\n\n\n

                                Fast 100 Jahre sp\u00e4ter legte Max Planck mit seinem Strahlungsgesetz den Grundstein der Quantenphysik, indem er die Energie quantisierte. Kurz darauf erkl\u00e4rte Albert Einstein den photoelektrischen Effekt und best\u00e4tigte damit die Existenz von Lichtquanten, den Photonen. Anschlie\u00dfend entwickelte Niels Bohr sein Atommodell mit diskreten Energieniveaus, und 1922 zeigte der Stern-Gerlach-Versuch die Quantelung des Drehimpulses.<\/p>\n\n\n\n

                                Schlie\u00dflich postulierte Louis de Broglie, dass auch Materie wellenartige Eigenschaften besitzt und Werner Heisenberg formulierte die Matrizenmechanik als erste mathematische Beschreibung der Quantenmechanik, w\u00e4hrend 1926 Erwin Schr\u00f6dinger die alternative Wellenmechanik entwickelte.<\/p>\n\n\n\n

                                In den Jahren von 1927 bis 1935 konnten Clinton Davisson und Lester Germer experimentell die Wellennatur von Elektronen nachweisen und Einstein, Podolsky und Rosen ver\u00f6ffentlichten das EPR-Paradoxon, das die Grundlagen f\u00fcr die Quantenverschr\u00e4nkung legte. Richard Feynman schlug dann die Idee eines Quantencomputers vor, und 1994 entwickelte Peter Shor den Shor-Algorithmus, der Quantencomputern die Faktorisierung gro\u00dfer Zahlen erm\u00f6glicht. Schlie\u00dflich wurden 1995 die ersten experimentellen Quantencomputer mit wenigen Qubits realisiert. Zusammen zeigen diese Meilensteine den Weg von den grundlegenden Erkenntnissen der Quantenmechanik, wie dem Welle-Teilchen-Dualismus bis hin zur Entstehung der Quantencomputer.<\/p>\n\n\n\n

                                <\/div>\n\n\n\n

                                Fazit und Ausblick<\/h2>\n\n\n\n

                                Das Doppelspaltexperiment hat unser Verst\u00e4ndnis der Physik revolutioniert und gezeigt, dass Realit\u00e4t auf fundamentaler Ebene nicht so eindeutig ist, wie wir es gewohnt sind:<\/p>\n\n\n\n

                                  \n
                                • Licht und Materie existieren als Welle-Teilchen-Dualit\u00e4t<\/li>\n\n\n\n
                                • Quantensysteme k\u00f6nnen in Superpositionen vorliegen<\/li>\n\n\n\n
                                • Die Messung ver\u00e4ndert den Zustand eines Systems<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

                                  Diese Prinzipien bilden die Basis f\u00fcr die Quantenmechanik und sind entscheidend f\u00fcr Quantencomputer, die wir in den kommenden Teilen der Serie n\u00e4her betrachten werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

                                  Das Doppelspaltexperiment zwingt uns, klassische Intuition \u00fcber Bord zu werfen: Licht und Materie zeigen Wellen- und Teilchenverhalten zugleich. Teil 1 erkl\u00e4rt Interferenz, Superposition und warum Messung das Ergebnis ver\u00e4ndert \u2013 als Grundlage f\u00fcr die Serie zum Quantencomputer.<\/p>\n","protected":false},"author":5,"featured_media":10735,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[171],"tags":[1857,1854,1858,1846,1853,1861,1847,1852,1855,1856,1860,1859,1851,1849,1848,1850],"post-author":[137],"class_list":["post-10718","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-technik-wissen","tag-beobachtereffekt-quantenmechanik","tag-davisson-germer-experiment","tag-de-broglie-materiewellen","tag-doppelspaltexperiment-erklaert","tag-epr-paradoxon","tag-grundlagen-quantencomputer","tag-interferenzmuster-doppelspalt","tag-kollaps-der-wellenfunktion","tag-quantenmessung-einfluss","tag-quantenverschraenkung-einfach-erklaert","tag-qubit-superposition-0-und-1","tag-schroedingers-katze-erklaerung","tag-shor-algorithmus-1994","tag-superposition-einfach-erklaert","tag-welle-teilchen-dualismus","tag-youngs-doppelspalt-1802","post-author-dr-guenter-spanner"],"acf":[],"info":{"thumbnail":{"url":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/header_doppelspaltexperiment.jpg","alt":""},"teaserImage":{"ID":10736,"id":10736,"title":"liste-beitrag_doppelspaltexperiment","filename":"Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment.jpg","filesize":18207,"url":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment.jpg","link":"https:\/\/de.elv.com\/elvjournal\/doppelspaltexperiment-quantencomputer-teil-1\/liste-beitrag_doppelspaltexperiment\/","alt":"","author":"5","description":"","caption":"","name":"liste-beitrag_doppelspaltexperiment","status":"inherit","uploaded_to":10718,"date":"2026-02-17 08:46:43","modified":"2026-02-17 08:46:43","menu_order":0,"mime_type":"image\/jpeg","type":"image","subtype":"jpeg","icon":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-includes\/images\/media\/default.png","width":312,"height":198,"sizes":{"thumbnail":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment-250x198.jpg","thumbnail-width":250,"thumbnail-height":198,"medium":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment-300x190.jpg","medium-width":300,"medium-height":190,"medium_large":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment.jpg","medium_large-width":312,"medium_large-height":198,"large":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment.jpg","large-width":312,"large-height":198,"1536x1536":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment.jpg","1536x1536-width":312,"1536x1536-height":198,"2048x2048":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment.jpg","2048x2048-width":312,"2048x2048-height":198,"gform-image-choice-sm":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment.jpg","gform-image-choice-sm-width":300,"gform-image-choice-sm-height":190,"gform-image-choice-md":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment.jpg","gform-image-choice-md-width":312,"gform-image-choice-md-height":198,"gform-image-choice-lg":"https:\/\/elvjournal.elv.com\/wp-content\/uploads\/Liste-Beitrag_doppelspaltexperiment.jpg","gform-image-choice-lg-width":312,"gform-image-choice-lg-height":198}},"categories":[{"id":171,"name":"Technik-Wissen","slug":"technik-wissen"}],"authors":[{"id":137,"name":"Dr. G\u00fcnter Spanner","slug":"dr-guenter-spanner"}],"document":false,"epaper":"","date":"16. 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