April 2022

Die heutige Physik stützt sich häufig auf Computersimulationen. Doch welchen Beitrag leistet diese Methode zur physikalischen Forschung und wie sind ihre Ergebnisse zu bewerten? (Bild: Adobe-Stock / vladimircaribb, vgl. S. 35)

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Zur Ausgabe

Meinung

Tom S. Seifert
04 / 2022 Seite 3

Den Sprung wagen – oder doch nicht?

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Aktuell

Alexander Pawlak
04 / 2022 Seite 6

Überlegte Solidarität

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Kerstin Sonnabend
04 / 2022 Seite 7

Zerschlagene Kollaborationen

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Maike Pfalz
04 / 2022 Seite 10

Nukleare Bedrohung

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Maike Pfalz
04 / 2022 Seite 12
DPG-Mitglieder

Energie der Zukunft

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Alexander Pawlak
04 / 2022 Seite 14
DPG-Mitglieder

Beschleunigung und Inspiration

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DESY / Anja Hauck
04 / 2022 Seite 15
DPG-Mitglieder

Daten finden ein Zuhause

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Alexander Pawlak
04 / 2022 Seite 15
DPG-Mitglieder

Quantencomputing made in Germany

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Kerstin Sonnabend
04 / 2022 Seite 16
DPG-Mitglieder

Neue Quellen erschließen

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Alexander Pawlak
04 / 2022 Seite 16
DPG-Mitglieder

Wissenschaftsjahr mit Durchblick

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Matthias Delbrück
04 / 2022 Seite 17
DPG-Mitglieder

Einhörner und Zentauren

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Matthias Delbrück
04 / 2022 Seite 17
DPG-Mitglieder

Chips für Europa

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Kerstin Sonnabend
04 / 2022 Seite 18
DPG-Mitglieder

Keine Zusage aus Japan

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Matthias Delbrück
04 / 2022 Seite 19
DPG-Mitglieder

Ewiger Weltraumtraum

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Kerstin Sonnabend
04 / 2022 Seite 20
DPG-Mitglieder

Ein bunter Strauß an Hausaufgaben

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Matthias Delbrück
04 / 2022 Seite 21
DPG-Mitglieder

USA

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High-Tech

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Brennpunkt

Guido Burkard
04 / 2022 Seite 24
DPG-Mitglieder

Halbleiter-Qubits voll funktionsfähig

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Ronny Thomale
04 / 2022 Seite 26
DPG-Mitglieder

Licht auf krummen Wegen

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Überblick

Daniel Bhatti und Stefanie Barz
04 / 2022 Seite 29
DPG-Mitglieder

Licht trifft Knoten und Kanten

Dieser Artikel stellt Quantenanwendungen vor, die auf verschränkten Zuständen mit mehr als zwei Teilchen basieren. Dabei liegt der Fokus auf Graph-Zuständen. Diese lassen sich in allen physikalischen Systemen herstellen, in denen man einzelne Qubits manipulieren und verschränken kann. Beispiele sind Photonen, Atome, Ionen oder supraleitende Qubits. Wir konzentrieren uns auf photonische Systeme, da photonische Graph-Zustände Quantenkommunikation über weite Strecken, Quanteninternet oder -computing realisieren können.

Verschränkung spielt eine zentrale Rolle in den Quantentechnologien: In der Quantenkommuni­kation erlaubt sie es, geheime Schlüssel auszutau­schen, im Quantencomputing sind verschränkende Gatter­operationen essenziell. Besonders deutlich zeigen sich die speziellen Eigenschaften der Quantenmechanik an ver­schränkten Zuständen mit zwei Teilchen [1]. Eine Messung an einem Teilchen kann den Zustand des Partnerteilchens instantan und unabhängig von der Entfernung verändern.

Aber auch die Verschränkung von mehr als zwei Teil­chen wird durch die sich stetig entwickelnden Quanten­technologien immer wichtiger. Besonders die Herstellung sogenannter Graph­Zustände beschäftigt aktuell viele expe­rimentelle Forschungsgruppen. Ein Graph­Zustand ist de­finiert durch einen mathematischen Graphen. Ein solcher besitzt Knoten und Kanten, welche die Quantenbits sowie deren Verschränkung darstellen. Das Quantenbit (kurz Qubit) ist die fundamentale Einheit der Quanteninforma­tionsverarbeitung (...)

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Claus Beisbart
04 / 2022 Seite 35
DPG-Mitglieder

Was ist eine Computersimulation?

Ob es um Quarks, Biomoleküle oder Supernovae geht – bei ihren Untersuchungen stützt sich die heutige Physik oft auf die Computersimulation. Anfängliches Unbeha-gen über die Methode oder der flaue Gag, damit werde wissenschaftliches Vorgehen bloß simuliert, sind längst passé. Doch welchen Beitrag leistet die Methode zur physikalischen Forschung und wie sind ihre Ergebnisse zu bewerten?

Fortschritt in der Physik lässt sich nicht bloß an neu­en Ergebnissen und Erkenntnissen festmachen, denn sie entwickelt sich auch methodisch weiter. Eine der spannendsten Neuerungen in dieser Hinsicht ist die Com­putersimulation (kurz: Simulation), die sich seit Mitte des 20. Jahrhunderts in immer mehr Teildisziplinen der Physik etabliert hat. Die Physiker Kurt Binder und Dieter W. Heer­mann sprechen in diesem Zusammenhang sogar von einer Revolution und behaupten, dass die Computersimulation die traditionelle Einteilung in experimentelle und theore­tische Physik obsolet macht ([1], S. 1). In jedem Fall wirft die neue Methode Fragen auf: Was tun wir eigentlich, wenn wir eine Computersimulation laufen lassen? Welchen Beitrag leistet sie zur physikalischen Forschung? In welchem Ver­hältnis steht die Computersimulation zu anderen Metho­den der Physik? Und wie glaubwürdig sind Simulationen?

Fragen wie diese beziehen sich nicht mehr auf die Ob­jekte physikalischer Forschung, sondern machen die Physik selbst zum Thema. Sie laden damit zu einer wissenschafts­philosophischen Diskussion über physikalische Methoden ein. In der Tat wird die Diskussion über die Simulation in der Wissenschaftsphilosophie seit zwei Jahrzehnten inten­siv geführt, z. B. [2, 3]. Dies wurde erforderlich, weil die Methode in den bisherigen Charakterisierungen des wis­senschaftlichen Vorgehens etwa durch Karl Popper, Tho­mas Kuhn oder auch die Bayesianische Erkenntnistheorie nicht vorkommt – zumindest nicht explizit. Hier möchte ich Einsichten aus der wissenschaftsphilosophischen Dis­kussion verwenden, um die oben genannten Fragen zu be­antworten. Dabei geht es teilweise auch um eine Bewertung von Simulationen. Ich starte jedoch mit einer Analyse des­sen, was unter der Bezeichnung „Simulation“ in der Praxis betrieben wird. (...)

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Physik im Alltag

Sabrina Patsch
04 / 2022 Seite 42
Mitglieder

Von der Rebe bis ins Glas

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Menschen

04 / 2022 Seite 44
DPG-Mitglieder

Personalien

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Kurt Becker, Holger Kersten, Martin Schmidt, Klaus-Dieter Weltmann
04 / 2022 Seite 48
DPG-Mitglieder

Nachruf auf Hans Deutsch

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Kerstin Sonnabend
04 / 2022 Seite 49
DPG-Mitglieder

„Ich würde sofort wieder diesen Weg gehen.“

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Rezensionen

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Dr. Michael Eckert
04 / 2022 Seite 50
DPG-Mitglieder

Michael Wiescher: Arthur E. Haas – The Hidden Pioneer of Quantum Mechanics. A Bio-graphy

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Alexander Pawlak
04 / 2022 Seite 51
DPG-Mitglieder

Carlo Rovelli: Helgoland

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DPG

04 / 2022 Seite 28
DPG-Mitglieder

61. Wochenendseminar „Physiker:innen im Beruf “

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Benno Bock und Joscha F. Westerkamp
04 / 2022 Seite 52
DPG-Mitglieder

Studentische Brücke zu Taiwan

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Johannes Wünsche, Monique Honsa und Tobias Messer
04 / 2022 Seite 53
DPG-Mitglieder

Wettbewerb mit besonderen Herausforderungen

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Tagungen

Dr. Laurent Nahon, Dr. David Osborn, Prof. Dr. Ingo Fischer
04 / 2022 Seite 54
DPG-Mitglieder

Molecular Physics and Physical Chemistry with Advanced Photon Sources

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Dr. Philip Born, Dr. Jonathan Kollmer und Dr. Jens Teiser
04 / 2022 Seite 54
DPG-Mitglieder

Mesoscopic Triboelectricity – from Patches to Particles to Planets

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Produkte / Firmen

Maike Pfalz
04 / 2022 Seite 56
Mitglieder

„Wir waren auf eine Goldmine gestoßen.“

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Notizen

04 / 2022 Seite 55
DPG-Mitglieder

Notizen

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