Was ist Quantenzustand-Tomographie?

Quantenzustand-Tomographie ist ein Verfahren, das in der Quantenphysik eingesetzt wird, um den Zustand eines Quantensystems zu bestimmen. Dabei wird aus der Messung der Wahrscheinlichkeit, dass das System in einem bestimmten Zustand vorliegt, auf den tatsächlichen Zustand rückgeschlossen. Die Quantenzustand-Tomographie wird sowohl in der Forschung als auch in der praktischen Anwendung eingesetzt. Sie ist besonders wichtig für die Entwicklung von Quantencomputern und für die Quantenkryptographie.

Wie funktioniert Quantenzustand-Tomographie?

Die Quantenzustand-Tomographie beruht auf der Messung von Wahrscheinlichkeiten. Dazu wird das Quantensystem repetiert in verschiedenen Zuständen untersucht. Dabei wird für jeden Zustand die Wahrscheinlichkeit gemessen, mit der das System in diesem Zustand vorliegt. Diese Messungen werden dann verwendet, um den tatsächlichen Zustand des Systems zu rekonstruieren. Dabei kommen verschiedene mathematische Verfahren zum Einsatz, wie zum Beispiel Maximum-Likelihood-Schätzung oder Bayes’sche Statistik.

Beispiel für Quantenzustand-Tomographie

Ein Beispiel für die Quantenzustand-Tomographie ist die Messung des Zustands eines einzelnen Photons. Dazu wird das Photon durch einen polarisierenden Filter geschickt, der den Zustand des Photons beeinflusst. Anschließend wird das Photon auf einen Detektor geschossen, der die Wahrscheinlichkeit misst, mit der das Photon in einem bestimmten Zustand vorliegt. Durch wiederholte Messungen in verschiedenen Zuständen kann der tatsächliche Zustand des Photons rekonstruiert werden.

Anwendungsbereiche von Quantenzustand-Tomographie

Die Quantenzustand-Tomographie hat zahlreiche Anwendungsbereiche in der Quantenphysik und in der praktischen Anwendung. Sie wird zum Beispiel eingesetzt, um den Zustand von Quantenbits in Quantencomputern zu bestimmen. Auch in der Quantenkryptographie wird die Quantenzustand-Tomographie eingesetzt, um den Austausch von verschlüsselten Nachrichten zu überwachen und zu sichern. Darüber hinaus wird die Quantenzustand-Tomographie in der Forschung eingesetzt, um neue Erkenntnisse über die Quantenphysik zu gewinnen.