Am 29. Januar 2025 ging es für uns, den Differenzierungskurs „Angewandte Naturwissenschaften“ ans Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn.

Passend zu unserem aktuellen Thema „Von Bits zu Qubits: Physikalische Grundlagen und Einsatzmöglichkeiten des Quantencomputers“ erwarteten uns dort zwei jeweils 90-minütige Workshops: einer zum Thema Spektroskopie, der andere zur Bellschen Ungleichung.

In dem Workshop zur Spektroskopie leitete uns Eva, eine sehr motivierte Studentin, zu einem Experiment an, welches wir daraufhin eigenständig durchführen konnten. Dabei fanden wir heraus, dass man durch Beobachtung von Spektrallinien ermitteln kann, welches chemische Element das betrachtete Licht emittiert. Eva erklärte uns dann noch sehr enthusiastisch, dass man auf diese Weise zum Beispiel bestimmen kann, aus welchen Elementen weit entfernte Sterne bestehen, indem man lediglich ihr Licht mit einem Spektroskop untersucht.

Der Workshop zur Bellschen Ungleichung war zum Großteil theoretischer Natur. Letztlich geht es hier darum, ein Experiment zu entwerfen, bei dem ein verschränkter quantenphysikalischer Zustand an zwei verschiedenen Orten betrachtet wird, die Ergebnisse der beiden Messungen allerdings trotz ihrer räumlichen Trennung korreliert sind. Somit kann experimentell gezeigt werden, dass die theoretische Beschreibung der Natur einen nicht-lokalen Aspekt beinhalten muss. Nachdem uns die wesentlichen Aspekte dieses Zusammenhangs erklärt wurden, führten wir auch hierzu ein Experiment durch, bei dem Photonen in unterschiedlichen Polarisationszuständen gemessen wurden. In diesem Versuch konnten wir so die Bellsche Ungleichung selbst praktisch verifizieren.

Im Anschluss an die beiden Workshops nahmen wir an einer Laborführung teil. In den Laboren werden mithilfe von vielen präzise ausgerichteten Lasern Atome heruntergekühlt, um sie für weitere Experimente nutzbar zu machen.

Bei der Führung durch die Labore war es besonders wichtig, nichts versehentlich zu berühren oder Teile des Versuchsaufbaus zu verändern, da in solchen Laboren alle Geräte, Laser usw. exakt aufeinander abgestimmt und passend ausgerichtet sein müssen, da sonst Messungenauigkeiten oder -fehler auftreten können. So beschäftigte den Doktoranden, der uns sein Labor gezeigt hat, schon seit etwa drei Monaten die Suche nach einem falsch ausgerichteten Laser. Derartige Fehlersuchen können, wie er meinte, oft frustrierend sein, doch mit dem nötigen Interesse und einer Portion Geduld gebe es keinen Grund aufzugeben.

Insgesamt war der Ausflug ein sehr schöner und lehrreicher Abschluss unserer Unterrichtsreihe zu Quantencomputern.

Der Differenzierungskurs „Angewandte Naturwissenschaften“ der Jahrgangsstufe 10