Quantenverschränkung – die Natur kann beamen


Sie ist eines der seltsamsten Phänomene in unserer Welt und gibt den Physikern immer noch Rätsel auf, die Quantenverschränkung. Man spricht von Quantenverschränkung, wenn die Zustände von zwei oder mehr Teilchen nicht voneinander unabhängig sind und das auch über beliebig große Entfernungen hinweg. So wechselt beispielsweise der Spin zweier verschränkter Elektronen simultan, wenn auf eines der Elektronen Energie übertragen wird, unabhängig davon, wo sich diese beiden Elektronen gerade befinden. Diese Tatsache brachte Einstein 1935 dazu, die Quantenverschränkung als „spukhafte Fernwirkung“ zu bezeichnen und vehement abzulehnen, verstieß sie doch seiner Meinung nach gegen die allgemeine Relativitätstheorie. Nach Einsteins berühmter und allgemein anerkannter Theorie kann nichts, auch keine Information schneller als das Licht reisen. Wenn nun aber zwei Teilchen über beliebig große Strecken miteinander verbunden sein können, dann stellt dies auf den ersten Blick eine Informationsübertragung dar und steht damit im krassen Widerspruch zur Relativitätstheorie.

Obwohl die Quantenmechanik die Verschränkung bei beliebigen Teilchen vorhersagt und zulässt, wird ein Großteil der Experimente auf diesem Forschungsgebiet aktuell mit Photonen bestritten. Ein übliches Verfahren ist es, mithilfe eines hochenergetischen Lasers in einem Kristall Elektronen anzuregen. Wenn diese Elektronen wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückfallen, emittieren sie eine Reihe niederenergetischer, verschränkter Photonen. Diese kann man auffangen und experimentell nutzen. Bei diesen so erzeugten Photonen ist die Polarisation im obigen Sinne verschränkt.
Dieser physikalische Effekt führt zu einigen sehr interessanten Anwendungsfeldern.

  1. In sehr nah liegender Zukunft werden wir mit gekoppelten Elektronen neuartige Computer bauen können, die alle bisherigen Technologien, was Rechenleistung angeht, in den Schatten stellen wird.

    Theoretisch können diese Quantencomputer, die völlig anders wie unsere heutigen Computer aufgebaut sind und wahrscheinlich auf Kristallen basieren werden, Aufgaben hochgradig parallel bearbeiten und das instantan, d. h. ohne auf die auf Lichtgeschwindigkeit beschränkte Stromleitung angewiesen zu sein. Wir werden Quantencomputer sehen, die wie neuronale Netzen aufgebaut sind. Man spricht dann von sogenannten neuromorphen Computern und mit dieser Technologie werden sich völlig neue Gebiete in der künstlichen Intelligenz erschließen lassen.
  2. Es ist quantenmechanisch möglich, den Zustand eines Teilchens auf ein anderes Teilchen zu übertragen. Wenn dieses zweite Teilchen nun einen quantenverschränkten Klon besitzt, dann wird der Zustand auch auf dieses Teilchen übertragen. Und das, egal wo sich dieses Teilchen gerade befindet. Damit wäre also das durch die Fernsehserie Star Trek bekannt gewordene Beamen physikalisch möglich. Man müsste nur irrsinnig große Mengen an verschränkten Teilchen auf Vorrat erzeugen und in den beiden Teleportern bevorraten. Sicher eine Anwendung der Quantenverschränkung, die noch in einer sehr fernen Zukunft liegt.

Wie schon erwähnt, sagt die Quantenmechanik dieses unvorstellbare Verhalten kleinster Teilchen vorher und es ist auch experimentell nachgewiesen. Wirklich verstehen können wir es jedoch nicht, denn wie sollen zwei Teilchen, zwischen denen in unserer Wahrnehmung keine Verbindung besteht, sich so verhalten können? Die Physiker suchen also nach Erklärungen für diese Frage, aber mehr als vage Theorien gibt es bisher nicht. Eine davon besagt, dass diese Teilchen in einer höheren Dimension ein Teilchen sein könnten. Ein andere gibt der quantenmechanischen Wellenfunktion einen nicht-lokalen Charakter. Nichts davon ist aber derzeit experimentell nachgewiesen. Es bleibt also noch viel zu tun, bis wir in einen Kasten steigen können und mit Kind und Kegel diesen in Mallorca wieder verlassen.


Für alle, die tiefer in das Thema einsteigen wollen, kann ich die folgende populärwissenschaftliche, aber dafür gut verständliche Dokumentation von Arte empfehlen.

Insektoide Mikroroboter

Insektoide MikroroboterDieser kleine Roboter wurde bereits 2008 im Biomimetic Millisystems Lab produziert. Natürlich konnte dieser Prototyp wenig mehr, als sich zuckend auf einer geraden Ebene fortbewegen. Seitdem sind fast 10 Jahre vergangen und die Entwicklung im Bereich der Mikroroboterforschung ist nicht stehengeblieben.

Heute werden extrem leistungsfähige, insektoide Mikroroboter von der DARPA für den militärischen Einsatz erforscht und hergestellt, die NASA und die ESA sind an sechsbeinigen Forschungsrobotern für Erkundungsmissionen auf unseren Nachbarplaneten interessiert und die Universität Berkeley arbeitet an einem Roboter, der nach dem Vorbild einer Kakerlake konstruiert und aufgrund künstlicher Intelligenz auf Basis neuronaler Netze hinreichend autonom ist. Dieser Roboter soll zukünftig bei Rettungsmissionen in unzugänglichen Katastrophengebieten zum Einsatz kommen. Und all das ist nur ein winziger Teil der aktuellen Forschungen auf diesem Gebiet.


Die eigene Webseite – 10 Tipps für den einfachen Einstieg

WorpressIch bin in einer Autorengruppe gebeten worden, den Weg zur eigenen Buch-Webseite mal zu beschreiben. Das will ich gerne tun.

  1. Gestaltung will gelernt sein
    Beginnen wir – am Anfang. Jede Webseite ist eine Botschaft. Sie hat einen Sender und einen Empfänger. Und wie der Köder dem Fisch schmecken muss, muss auch die Botschaft für den Empfänger formuliert sein und sie muss ihn auch erreichen. Dazu später mehr.
    Ein weiterer Teil der Botschaft ist die Gestaltung und der Inhalt. Sicher der wichtigste und der schwerste Teil. Ich kann nur dringend raten, sich vor dem Aufbau einer Seite über das grundlegende Design, die Farb- und Formensprache und die Typographie Gedanken zu machen. Moderne Webseiten haben ein paar Gemeinsamkeiten, die man kennen sollte. Große, serifenlose Schrift (18 ist das neue 12), luftig angeordnete Elemente, flache, klare Strukturen, um mal ein paar Designregeln zu nennen. Die Farbgebung ist wiederum vom Thema abhängig. Der Kristall ist ein Thriller, also ist ein dunkle, bedrohliche Farbpalette das Mittel der Wahl. Der Hintergrund ist Dunkel, fast Schwarz und in allen farblichen Elementen ist ein hoher Rotanteil vorhanden.
    Traffic auf der WebseiteEbenfalls sehr wichtig ist die Lesbarkeit der Seite auf mobilen Devices. Fast die Hälfte der Besucher kommt über Smartphones und Tablets auf meine Seite. Die Seite muss sich also darauf anpassen können, Stichwort Responsive Design. Dieses Thema wird i.d.R. aber bereits durch die Technik adressiert. Man muss sich selbst nur noch um den Feinschliff kümmern. Ich habe beispielsweise noch die Menüleiste für kleine Devices optimiert.
    Wer sich all das zutraut, darf gerne selber machen. Allen anderen rate ich dringend, sich einen Entwurf von einem Profi machen zu lassen.
  2. Struktur – Content rocks
    Wird es eine statische Visitenkarte oder soll die Seite über die Zeit zunehmende Inhalte bekommen? Sollen Besucher der Seite mit dieser interagieren können? Bewertungen, Kommentare, Möglichkeiten zur Rückmeldung laden ein und so entsteht zusätzlicher Inhalt, der für weitere Besucher relevant ist. Und Besucher sind auch Suchmaschinen. Diese lassen nämlich statische Visitenkarten-Webseiten oft links liegen.
  3. Technik – die Qual der Wahl
    Wenn wir jetzt mal die von Grund auf selbst gebaute Webseite mit HTML, CSS und JS außer Acht lassen, gibt es verschiedene Wege. Zuerst einmal wären dort die Online-Webseitenbaukästen wie wix.com, jimdo.com und viele andere. Einfach mal nach „Webseite selber erstellen“ suchen, da werden sie geholfen. Diese Baukästen eignen sich am besten für einfache, statische Seiten. Der Vorteil ist ihre zugängliche Bedienung und ein schnelles Setup. Nach meiner eigenen Erfahrung stößt man aber recht schnell an die Grenzen der Gestaltungsmöglichkeiten. Daher würde ich auch demjenigen, der sagt: „Ach, ich brauche nicht viel…“, dringend raten, direkt mit einem CMS (Content Management System) anzufangen. Der Einstieg ist nur unwesentlich schwieriger und lässt alle Freiheiten bei der weiteren Entwicklung der Seite. Der einfachste und zugleich sehr mächtige Vertreter dieser Art ist WordPress. Entstanden aus einer Umgebung für Blogger ist WordPress heute eine kostenlose, vollwertige Umgebung zur Gestaltung professioneller Webseiten. Auch Die Seite zu meinem Buch Der Kristall ist mit WordPress gebaut.
  4. Installation und Betrieb – Cloud sei Dank so einfach wie nie
    Natürlich nicht auf dem heimischen PC. Eine gemanagede WordPress Installation mit eigener Domain kostet aktuell um die 4 Euro im Monat. Hier hilft eine Suche „Wordpress hosten“. WordPress selber kostet nichts und auch die Myriaden an Erweiterungen, bis hin zu kompletten Lösungen für eCommerce Shops sind i.d.R. kostenlos, sofern man mit einem einfachen Set an Funktionen auskommt. Also, Hoster aussuchen, sich durch die meistens sehr einfache Installations-Oberfläche klicken und normalerweise hat man nach einer Stunde seine Domain und eine leere Webseite am Laufen.
  5. Die eigene Domain – absolute Pflicht
    Hier wird es wahrscheinlich schwierig. Alle guten, kategorienspezifischen Domainnamen sind schon weg. Ich hatte Glück, der Name meines Buchs war noch frei. Die Domain lektorat.de wird sicher schon vergeben sein. In jedem Fall sollte aber mindestens ein Schlüsselwort der Hauptbotschaft in der Domainenbezeichnung enthalten sein, denn hier schauen die Suchmaschinen hin. Kommt noch…
  6. Theme – ein Template für alle Fälle
    Wordpress basiert auf sogenannten Themes. Das sind vorgefertigte Layoutbaukästen, die schon eine bestimmte Struktur und Formensprache mitbringen. Es gibt Tausende und die meisten sind ebenfalls kostenlos. Themes werden mit einem Klick in WordPress installiert und bringen dann für die Inhalte einen grafischen Editor mit.
    Grafischer Editor für die GestaltungMit diesem baut man dann den Inhalt der Seite. Das ist nicht schwer und entspricht im Prinzip der Vorgehensweise der Webseitenbaukästen. Aber man kann jederzeit die Begrenzungen von Themes verlassen und die Funktionen mit sogenannten Plugins oder auch selbstgeschriebenen HTML und Javascript erweitern. Ich habe beispielsweise den schicken 3-D Effekt beim Scrollen der Hauptseite ergänzt.
  7. Plugins – die Heinzelmännchen für alle Aufgaben
    Plugins sind Erweiterungen für WordPress. Wie die Themes, werden auch diese mit einem Klick installiert und bieten neue Helferlein, wie z.B. Like-Buttons, Kommentar- und Diskussionfunktionen, etc. an. Auch hier einfach mal suchen, auf wordpress.org gibt es so gut wie alles.
    Das Plugin Jetpack ist meiner Meinung nach Pflicht. Es bietet eine Vielzahl an zusätzlichen Funktionen und Widgets an, stellt eine Besucherstatistik zur Verfügung und erlaubt in der bezahlten Version auch automatische Backups.
  8. Rechtliche Belange nicht vergessen
    Achtung, da draußen lauern Abmahnanwälte. Unbedingt im Internet nach „Impressumrecht“ suchen. Es gibt einige gute Seiten, die erklären, was unbedingt im Impressum stehen muss.
  9. Die Seite steht – und keiner kommt
    Das ist leider die ernüchternde Wahrheit. Ein einzelnes Blatt verliert sich im Rauschen des Waldes. Die Besucher kommen nicht von alleine, sie müssen aktiv auf die Seite geholt werden.
    Es gibt mehrere Arten von Traffic. Beginnen wir mit dem organischen Traffic. Dieser kommt direkt von den Suchmaschinen. Die Algorithmen, mit denen die Suchmaschinen die Plätze auf der begehrten ersten Seite vergeben, sind ein wohlgehütetes Geheimnis.
    Auf jeden Fall ist relevanter Inhalt ausschlaggebend und langfristig erfolgreich. Wieder ein Punkt für WordPress & Co., denn mit einem CMS kann man die Seite einfach mit kleinen Beiträgen anreichern oder immer wieder Neuigkeiten einbauen. Das finden Suchmaschinen spannend. Mit der Webseite zu meinem Buch war ich nach 3-4 Wochen bei einigen Suchbegriffen auf diesem Wege schon auf der ersten Seite.
    Ebenfalls relevant sind die sogenannten Backlinks, d. h. Verweise von anderen Seiten auf die eigene Seite. Hier helfen Beiträge in Foren, Diskussionsgruppen, etc. Das ist aber harte Arbeit.
    Das nächste Segment ist der soziale Traffic. Also Verweise aus Facebook, Google+, Twitter und Co. Heutzutage einer der wichtigsten Traffic-Generatoren. Also heißt es, in sozialen Netzen aktiv sein und wertvoll sein. Nicht leicht.
    Zuletzt kann man auch Traffic kaufen. Das nennt sich anorganischer Traffic. Ein Klick bei Bing Ads oder Google AdSense kostet für die typischen Suchbegriffe für Bücher aktuell um die 10 Cent. Bing Ads hat mir einen Gutschein geschenkt und den habe ich investiert. Die Klicks kommen, aber die Qualität dieses Traffics ist nicht besonders hoch, d. h. die Besucher verlassen die Seite oft genauso schnell wieder, wie sie gekommen sind. Durchschnittlich kostet ein verkauftes Buch auf diesem Wege 3-4 Euro. Lohnt sich also nicht wirklich.
    Wichtig ist es, die Seite bei Google und Bing anzumelden und auch zu überprüfen, ob die Bots die Seite „verstehen“. Ebenfalls nur ein paar Klicks und mit den sogenannten Webmastertools bei Google und Bing schnell erledigt. Hier sieht man dann auch, wer alles die eigene Seite verlinkt und wie oft die Seite geklickt wird.
    Wer es ganz genau wissen will, kann auch noch das kostenlose Google Analytics nutzen, aber die wichtigsten Daten über Anzahl Besucher, besuchte Seiten, etc. liefert Jetpack bereits.
  10. Der Traffic kommt endlich – wie geht es weiter
    Wenn die Last auf der Seite steigt, was ja gut ist, muss man sich irgendwann über Performance Gedanken machen. Hier hilft ein Caching Plugin. WP Fastest Cache funktioniert reibungslos und verdoppelt die Geschwindigkeit der Seite.
    Die Kehrseite der Bekanntheit sind die Hacker. Also immer schön sichere Passwörter vergeben und darauf achten, dass alle Versionen aktuell sind, etc. Im Prinzip das gleiche, wie mit dem PC zu Hause und kann man mit WordPress alles aus der Administrationsoberfläche erledigen. Wenn es doch mal schiefgehen sollte, dann hilft die letzte Datensicherung. Hier bieten die Hoster vorgefertigte Lösungen an oder man nutzt die Backuplösung von Jetpack. Ab und an mal die Inhalte aus WordPress zu exportieren und auf dem heimischen PC zu speichern, ist zusätzlich sinnvoll. Wenn die Seite sehr bekannt ist, empfehle ich das Plugin Wordfence. Das hält die Hacker sicher draußen.

Hört sich alles sehr aufwendig an, ist es aber nicht. Eine erste gute Seite ist in 4-5 Stunden online. Der Feinschliff dauert sicher noch einige weitere Stunden. Es gibt umfangreiche Tutorials im Netz und in Foren. Ich beantworte auch gerne Fragen. Aber das ist nur Technik. Die Hauptarbeit liegt im Inhalt und den muss man eh selber herstellen.

Quantencomputer – the next big thing…

Den Begriff Quantencomputer hat sicher jeder, der sich ein wenig für Computertechnik interessiert, schon mal gehört. Bei Qubit zucken viele aber schon mit den SchulternQ'bert  oder fragen verwirrt: „Q’bert, das war doch mal ein Computerspiel in meiner Jugend.“
Die Antwort ist sogar schon nah dran, denn dieses Spiel aus den Spielhallen der 80er hatte etwas mit diskreten Zuständen und Kopplung von Ereignissen zu tun. Für heutige Verhältnisse ist allerdings unvorstellbar, dass dieses Spiel auf einer CPU mit nur 5 MHz Taktfrequenz lief.

Aber zurück zum Thema. Die heutigen CPUs basieren fast alle auf dem Von-Neumann Architekturen, benannt nach dem Mathematiker John von Neumann. Die Von-Neumann-Architektur basiert auf einem weitgehend linearen Kontrollfluss und ist damit in der Geschwindigkeit durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt, denn schneller kann Strom nun mal nicht durch die Schaltkreise fließen. In den letzten Jahren wird daher versucht, diese Begrenzung durch die Kopplung unzähliger CPUs zu umgehen, womit wir bei den Parallelrechnern wären. Allerdings stößt auch dieser Ansatz mittlerweile an seine Grenzen, wenn die verschiedenen CPUs um gemeinsame Ressourcen konkurrieren. Darüber hinaus eignet sich die Parallelverarbeitung nicht für jedes beliebige Problem.

Nun stehen die Quantencomputer vor der Tür. Sie basieren nicht mehr auf Transistoren und darauf aufbauenden logischen Schaltkreisen, sondern nutzen direkt Ionen, Photonen oder einzelne Elektronen, um Zustand zu repräsentieren. Allen diesen ist gemein, dass sie den Gesetzen der Quantenmechanik gehorchen, was bedeutet, dass ihre Zustände nicht nur Null oder Eins (entsprechend nicht angeregt oder angeregt), sondern auch ein unbestimmten Zustand einnehmen können. Diese Tatsache ist ohne umfassende Physikkenntnisse schwer zu verstehen, aber von dem Gedankenexperiment Schrödingers Katze hat vielleicht der ein oder andere schon mal gehört. Ein Quantencomputer baut nun auf einer Gruppe solcher quantenmechanischer Elemente, genannt Qubits (Abk. für Quantenbits), auf. QubitDie Schaltung eines Qubits von Null auf Eins findet i.d.R. mit Laserstrahlen statt. Die dabei eingestrahlte Photonenenergie hebt das Qubit auf ein höheres Energieniveau. Zum Bau eines Quantencomputers benötigt man aber noch einen anderen quantenmechanischen Effekt, die sogenannte Quantenverschränkung, die dazu genutzt wird, um zwei oder mehr Qubits miteinander zu koppeln. Das ist aber ein so interessantes und gleichzeitig so komplexes und umfangreiches Thema, dass ich  der Quantenverschränkung einen eigenen Beitrag gewidmet habe.

Farbige Illustrationen

Hand zeichnet HandIllustrationen werten ein Buch auf, da wird sicher niemand widersprechen. Allerdings ist selbst in unserer digitalen Zeit Farbdruck bei Print-on-Demand unerschwinglich.

Daher – sozusagen als Ergänzung zum gedruckten Buch – hier einige der interessantesten Abbildungen in Farbe…


Diese Diashow benötigt JavaScript.