Ziel des Q-Bus Projekts ist es, Themen der Quantenphysik mithilfe analoger Experimente – insbesondere optischer Phänomene – einer breiten Öffentlichkeit anschaulich zu vermitteln.
Auf dieser Seite finden Sie einen Überblick der Exponate, die bei Ausstellungen, Schulbesuchen, Workshops und Fortbildungen zum Einsatz kommen.
Gesetz von Malus: Das Gesetz von Malus beschreibt, wie die Intensität von linear polarisiertem Licht abnimmt, wenn es durch einen linearen Polarisator tritt. Dies kann für unpolarisiertes Licht mit zwei hintereinandergeschalteten linearen Polarisatoren realisiert werden. Die Intensität hängt dabei vom Quadrat des Kosinus des Winkels zwischen den Polarisatoren ab. Somit gelangt z.B. bei einem relativen Winkel von 90° kein Licht mehr hindurch.
Inverser Quanten-Zeno-Effekt: Der Quanten-Zeno-Effekt besagt, dass wenn ein System genügend rasch hintereinander beobachtet wird, der Zustand „eingefroren“ werden kann. Im Gegensatz zum Quanten-Zeno-Effekt beeinflusst beim inversen Effekt häufiges Messen den Quantenzustand, welches z.B. durch die Drehung der Polarisation von Licht von vertikal nach horizontal veranschaulicht werden kann.
Liquid Crystal Display (LCD): Ein LCD nutzt Flüssigkristalle, die die Polarisation von Licht beeinflussen. Durch elektrische Felder lässt sich so der Farbton jedes Bildpunktes gezielt steuern. Fehlt die Polfilterfolie am Bildschirm, werden alle Polarisationsrichtungen ausgesendet. Schaut man durch einen Polfilter auf den weißen Bildschirm, sieht man das eigentliche Bild, wobei sich die Farben durch Drehung des Polfilters verändern.
BB84-Protokoll (O3Q.de): Das BB84-Protokoll ist ein Verfahren der Quantenkryptografie für einen sicheren Schlüsselaustausch, in dem ein Lauschangriff zwar nicht verhindert, aber sicher festgestellt werden kann. Dabei kann der Polarisationszustand von Einzelphotonen verwendet werden, um einen geheimen Schlüssel zu erzeugen. Zu Demonstrationszwecken ist Laserlicht jedoch ausreichend. (Kurztext zum BB84-Protokoll)
Michelson-Interferometer (O3Q.de): In diesem Interferometer wird ein Lichtstrahl geteilt, an Spiegeln reflektiert und überlagert, wodurch Interferenzmuster entstehen. Damit lassen sich kleinste Längenunterschiede und Änderungen in der Lichtlaufzeit messen. (Kurztext zu Interferometern)
Mach-Zehnder-Interferometer (O3Q.de): Bei diesem Interferometer wird Licht auf zwei Wege verteilt und wieder zusammengeführt. Durch die Überlagerung des Lichts können Interferenzeffekte sichtbar gemacht werden. Dabei ist dort, wo auf dem einen Schirm die „Berge“ und „Täler“ der Interferenz zu sehen sind, bei dem anderen Schirm das entsprechend Inverse dazu zu beobachten. (Kurztext zu Interferometern)
Quantenradierer (Thorlabs): Das Analogieexperiment zum Quantenradierer zeigt mithilfe von Polarisatoren, dass ein durch Welcher-Weg-Information unterdrücktes Interferenzmuster durch das „Ausradieren“ dieser Information wiederhergestellt werden kann. (Kurztext zum Quantenradierer)
Cäsar-Scheibe: Die Cäsar-Scheibe veranschaulicht ein einfaches Verschlüsselungsverfahren, bei dem jeder Buchstabe des Klartextes entsprechend einer Verschiebung des Alphabets durch einen anderen Buchstaben ersetzt wird. Als Schlüssel genügt die Kenntnis eines Buchstabenpaares (z. B. den Buchstaben, der dem „A“ zugeordnet ist). Kennt der Empfänger diesen Schlüssel, kann er den Geheimtext sofort wieder in Klartext umwandeln.
Paul-Falle: Das Analogieexperiment zur Paul-Falle veranschaulicht das Prinzip des Einfangens geladener Teilchen mit Hilfe eines zeitlich wechselnden elektrischen Feldes. Die Rotation der Sattelfläche simuliert dabei ein Wechselfeld, in dem die Teilchen durch die zeitlich gemittelte Wirkung stabil „eingefangen“ werden können.
Quantisierter Leitwert (Axel Lorke): Bei sehr kleinen elektrischen Leitern nimmt der Leitwert nur diskrete Werte an – er ist quantisiert. Dieses Verhalten kann man sogar bei einem „Wackelkontakt“ zwischen zwei Golddrähten sehen. Es zeigt, dass elektrische Eigenschaften auf kleinster Skala durch Quanteneffekte bestimmt werden.
