Großes Lehrbuch der Informationstheorie und Quanten-Speicher

Der Autor geht in dem Buch der Frage nach, ob es möglich ist, Information in Atomen zu speichern. Ergebnisse, auch bislang noch nicht veröffentlichte, aus diesem faszinierenden Themenkomplex werden so präsentiert, dass Abiturienten mit Leistungskurs Physik oder Mathematik in die Lage versetzt werden, den Ausführungen zu folgen. So nebenbei werden Studienanfänger anwendungsorientiert, somit abweichend von der Vorgehensweise üblicher Lehrbücher, in die Grundlagen der Quantenmechanik eingeführt. Der Autor begleitet den Leser auch auf Ausflügen in andere in die Thematik verzahnte physikalische Disziplinen (theoretische Mechanik, Elektrodynamik, Thermodynamik, spezielle Relativitätstheorie, mathematische Physik) und in spezielle Bereiche der Informationstheorie (Zahldarstellungen, Information in Texten und Bildern, Codierung, Decodierung, Komprimierung, Speichertechnologien von klassischen Informationsspeichern bis zu Quanten-Speichern). Nebenbei ist das Buch für Studenten der Physik eine Fundgrube für Musterlösungen vieler Übungsaufgaben. Erforderliches mathematisches Rüstzeug stellt das Buch zur Verfügung. Eine Formelsammlung sollte überflüssig sein.

Private Forschung

Das Wissen aus langjähriger privater Forschung im Institut quanten-speicher

wird der Allgemeinheit zur Verfügung gestellt. Der Autor hofft, dass Nachwuchswissenschaftler Gefallen daran finden, die präsentierten Ideen weiter voranzutreiben. Sämtliche Grundlagen werden maßgeschneidert für Studienanfänger der Physik oder Informatik lückenlos bereitgestellt und die Grenzen des Machbaren aufgezeigt.

Eine neue Unschärferelation

verknüpft die atomare mit der makroskopischen Welt durch zwei im Bohrschen Sinne komplementäre Größen, nämlich das elektrische Dipolmoment und die von außen steuerbare Umschaltdauer. Beide spielen, beim atomaren Zustandswechsel eine Rolle. Die Heisenberg Unschärferelationen heben sich, da sie nur im Mikrokosmos relevant sind, von der neuen Unschärferelation ab. 

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In Anlehnung an die klassische Speichertechnologie wird untersucht,  wie lange Information gehalten werden kann und wie schnell Schreib-, Lösch- und Lesevorgänge in Atomen erfolgen können. Hierzu werden atomare Auswahlregeln, Speicher- und Umschaltbedingungen formuliert. Verschiedene Speicherstrategien stehen zur Auswahl.

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Die mit einem neuen phänomenologischen Modell der Vakuumpolarisation erzielten Ergebnisse werden mit aus der Literatur bekannten verglichen. Das Modell liefert den Beitrag zur Lamb-Shift und die nackte Elementarladung.

 

Die detailliert ausgearbeiteten Lösungen der

Schrödinger-Gleichung

für Einelektronensysteme (z.B. Wasserstoff), Alkaliatome und Erdalkaliionen geben Auskunft über Eigenwerte und Eigenzustände, Quantendefekte und effektive Kernladungen. Damit sind auch die Erwartungswerte überlagerter Zustände bekannt.

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Die Bedeutung von verfügbarer Information und von der Natur nicht preisgegebener Information wird thematisiert. Die um diesen informationstheoretischen Aspekt erweiterte Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik führt zu

a) einem alternativen Verständnis für den sogenannten 

Kollaps der Wellenfunktion,

b) einer Entmystifizierung verschränkter Zustände und der von Einstein bezeichneten "spooky action at a distance",

c) einer anderen, ernüchternden Sichtweise auf Schrödingers Katze 

und

d) einem Beweis, dass auch ein makroskopischer Würfel (vermutlich jedes klassische Wahrscheinlichkeitsproblem) quantenmechanisch beschriebenen werden kann.

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Der Autor bringt dem Leser anhand von Beispielen diese alternative Sichtweise näher. Mit zunehmender Information verändert sich die Wellenfunktion; die Überlagerung möglicher Zustände wird dadurch ausgedünnt, bis schließlich ein Messergebnis vorliegt. (Dieser Vorgang wurde bislang als Kollaps der Wellenfunktion bezeichnet.)