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Quantenspalt aus einem Atom: Physiker schließen Lücke im Einstein-Bohr-Streit
Fast ein Jahrhundert nach der legendären Debatte zwischen Albert Einstein und Niels Bohr hat ein Team um Jian-Wei Pan von der University of Science and Technology of China das berühmte „recoiling-slit“-Gedankenexperiment in einer besonders originalgetreuen Form ins Labor gebracht. Die in der Dezemberausgabe der Physical Review Letters veröffentlichte Arbeit (eine Vorabversion ist auf arXiv.org verfügbar) schließt damit eine klar definierte Lücke: Erstmals wurde ein linear-optisches Einzelphotonen-Interferometer mit einem quantenlimitierten, durchstimmbaren „beweglichen Spalt“ realisiert – so nah an Einsteins ursprünglicher Idee wie nie zuvor.
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Das Doppelspaltexperiment: „Das einzige Rätsel“
Richard Feynman nannte das Doppelspaltexperiment einst „das Herz der Quantenmechanik“ und „in Wirklichkeit das einzige Rätsel“. Schickt man einzelne Teilchen durch zwei schmale Spalte, schlagen sie punktförmig ein, wie klassische Teilchen – doch über viele Durchgänge entsteht ein Interferenzmuster, als wäre jedes Teilchen eine Welle, die durch beide Spalte gleichzeitig geht und mit sich selbst interferiert. Sobald man jedoch versucht herauszufinden, welchen Weg das Teilchen genommen hat, verschwindet das Interferenzmuster. Diese Komplementarität – Wellen- oder Teilcheneigenschaften, aber nie beides gleichzeitig – war Ausgangspunkt der berühmten Bohr-Einstein-Debatten auf der Solvay-Konferenz 1927.
Einstein schlug damals ein Gedankenexperiment vor, das die Komplementarität aushebeln sollte: Ein „beweglicher Spalt“ auf empfindlichen Federn sollte den Rückstoß registrieren, wenn ein Photon ihn passiert und dabei abgelenkt wird. Aus dem Rückstoß ließe sich der Photonenweg bestimmen – und trotzdem sollte das Interferenzmuster erhalten bleiben. Bohr konterte mit der Heisenbergschen Unschärferelation: Will man den Impuls des Spalts präzise genug messen, wird dessen Ortsunschärfe so groß, dass sie das Interferenzmuster verwischt.

Der experimentelle Aufbau:
Ein einzelnes 87Rb-Atom wird mit einer Objektivlinse mit einer numerischen Apertur von 0,55 in einer optischen Pinzette eingefangen. Eine weitere Objektivlinse sammelt gestreute Photonen in einer Einmodenfaser, die von Einzelphotonen-Zählmodulen (SPCMs) detektiert werden. Das optische System ist phasenverriegelt mit einem 1064-nm-Referenzlaser, der durch einen maßgeschneiderten dichroitischen Strahlteiler in zwei Strahlen aufgeteilt wird.
(Bild: Pan et al. / Bearbeitung heise medien)
Lücke früherer Experimente geschlossen
Zwar gab es bereits experimentelle Annäherungen an dieses Gedankenexperiment – etwa mit Molekülen und Röntgenstrahlung oder als theoretischer Ionenfallen-Vorschlag. Doch diese Ansätze zerstörten entweder den Photonenzustand, nutzten zusätzliche Freiheitsgrade oder stellten kein echtes linear-optisches Interferometer dar.
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Das chinesische Team hat nun einen konzeptionell „puristischen“ Aufbau realisiert: Ein einzelnes, auf den Bewegungsgrundzustand heruntergekühltes Atom des Radioisotops Rubidium-87 in einer optischen Pinzette dient als beweglicher Spalt. Ein Photon wird daran gestreut, ohne absorbiert zu werden, und das gestreute Licht interferiert anschließend. Entscheidend ist, dass weder interne Atomzustände noch thermische Bewegung zusätzliche Weginformation liefern – das Atom fungiert als nahezu idealer quantenmechanischer Strahlteiler.
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Zur Diskussion zwischen Einstein und Bohr und deren Auswirkung auf die Interpretation der Quantenphysik hat Veritasium einen hervorragenden Beitrag veröffentlicht (Englisch).
Der Übergang zwischen Quanten- und klassischer Physik
Durch Variation der Fallentiefe der optischen Pinzette lässt sich die Impulsunschärfe des Atoms zwischen 0,78 und 1,60 Photonenimpulsen einstellen und damit die Interferenzsichtbarkeit systematisch steuern. Bei geringer Fallentiefe enthält der atomare Rückstoß viel Information über den Photonenweg – Photon und Atom sind stark verschränkt, die Interferenz verschwindet. Bei tiefer Falle „verschwindet“ der Rückstoß in den Quantenfluktuationen, die Interferenz bleibt erhalten. Die gemessenen Sichtbarkeiten folgen präzise der theoretischen Vorhersage für minimale Heisenberg-Unschärfe.
Zudem konnten die Forscher quantenmechanisches Rauschen von klassischer Aufheizung trennen und so den Übergang vom quantenlimitierten zum klassisch dominierten Regime direkt beobachten – eine experimentelle Bestätigung von Bohrs Position.
Physikalisch revolutionär ist das Ergebnis nicht – die Verbindung zwischen Sichtbarkeit, Verschränkung und Komplementarität war theoretisch längst geklärt. Doch in dieser spezifischen Kombination aus Einzelphotonen-Interferometer, quantenlimitiertem Atom als beweglichem Spalt und optisch einstellbarer Impulsunschärfe gibt es kein direktes Vorbild. Es dürfte aber die bisher „sauberste Lehrbuch-Version“ von Einsteins Gedankenexperiment sein.
(vza)
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„Cloud-9“: Gescheiterte Zwerggalaxie aus Dunkler Materie und ohne Sterne
Eine internationale Forschungsgruppe hat mit dem Weltraumteleskop Hubble eine neue Art von kosmischem Objekt entdeckt, das der Forschungsleiter als ursprünglichen Baustein einer gescheiterten Galaxie bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine Wolke aus Dunkler Materie und Wasserstoffgas, aber ohne Sterne, die den Spitznamen „Cloud-9“ bekommen hat. Sie hat einen Durchmesser von 4900 Lichtjahren und besteht aus einer Million Sonnenmassen an Gas, aber fünf Milliarden Sonnenmassen Dunkler Materie. Ihre Existenz lege nahe, dass es zahlreiche weitere vergleichsweise kleine Strukturen im Universum gibt, die von Dunkler Materie dominiert werden und die wir bislang nicht nachweisen konnten. Möglicherweise gebe es auch in unserer Nachbarschaft noch weitere davon.
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Bestätigung erst dank Hubble

Das Areal der „Cloud-9“ im sichtbaren Licht
(Bild: NASA, ESA. G. Anand (STScI), and A. Benitez-Llambay (Univ. of Milan-Bicocca); Image processing: J. DePasquale (STScI))
Der erste Nachweis des Objekts ist vor drei Jahren mit dem riesigen Radioteleskop FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) in China gelungen, erklärt die Europäische Weltraumagentur ESA. Der Spitzname „Cloud-9“ („Wolke 9“) habe keine spezielle Bedeutung, es habe sich schlicht um die neunte Gaswolke gehandelt, die bei der Galaxie Messier 94 gefunden wurde. Bis zur Überprüfung mit Hubble habe man aber einfach davon ausgehen können, dass es sich um eine lichtschwache Zwerggalaxie handelt, deren Sterne mit bodenbasierten Teleskopen nicht auszumachen sind. Erst das Weltraumteleskop habe bestätigt, dass da tatsächlich keine sind.
Die Forscher und Forscherinnen um Alejandro Benitez-Llambay von der Universität Mailand-Bicocca erklären, dass es sich bei der Wolke um ein bislang nur theoretisch beschriebenes Objekt handeln dürfte, das „RELHIC“ getauft wurde. Solch eine „Reionisierungs-limitierte H-I-Wolke“ („Reionization-Limited H I Cloud“) besteht demnach aus Wasserstoffgas aus der Frühzeit des Kosmos, aber nicht genug, um die Sternentstehung einzuleiten. Die Entdeckung ermöglicht also nicht nur einen Einblick in die weiterhin rätselhafte Dunkle Materie, sondern auch in das frühe Universum und die Prozesse bei der Entstehung von Sternen und Galaxien. „In der Wissenschaft lernen wir normalerweise mehr aus den Misserfolgen als aus den Erfolgen“, meint Benitez-Llambay.
Die Dunkle Materie gehört gegenwärtig zu den wichtigsten Themen der Physik und Astronomie, angeblich gab es jetzt einen ersten experimentellen Nachweis. Dass es sie geben muss, wurde aber auf Basis astronomischer Beobachtungen postuliert, bei denen Sternenbewegungen gemessen wurden, die sich mit der bekannten Materie und deren Gravitation nicht ausreichend erklären lassen. Insgesamt sollte es demnach fünfmal mehr Dunkle Materie im Kosmos geben als klassische. Noch mehr entfällt auf die nicht weniger rätselhafte Dunkle Energie. Gegenwärtig wird auf ganz unterschiedlichen Wegen nach den Teilchen gefahndet, aus denen sie bestehen könnten. Die Forschungsarbeit zur „Cloud-9“ ist in The Astrophysical Journal Letters erschienen.
(mho)
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Schleswig-Holstein: Open Source ist praxistauglich trotz Umstellungsproblemen
Die Verwaltung in Schleswig-Holstein stellt schrittweise auf Open-Source-Lösungen um – ein Vorhaben, das Herausforderungen mit sich bringt und Kritik hervorruft. „Im Konzern Schleswig-Holstein mit seinen rund 60.000 Beschäftigten drehen wir die IT komplett auf links“, sagte Digitalisierungsminister Dirk Schrödter (CDU) der Deutschen Presse-Agentur. Die Open-Source-Strategie des Landes sei bisher einzigartig. „Dass damit Herausforderungen im Migrationsprozess verbunden sind, glaube ich, das weiß auch jeder.“
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So begann das nördlichste Bundesland bereits 2024 mit der Einführung von LibreOffice als Standard-Bürosoftware, und Anfang Oktober 2025 wurde das Mailsystem der Landesverwaltung vollständig umgestellt. „Wir haben 110 Millionen Kalendereinträge und E-Mails übertragen – das komplette Arbeitsgedächtnis der Mitarbeitenden haben wir in ein neues System gebracht“, führte der Minister aus. Dass dies für die Mitarbeitenden nicht immer leicht ist, dafür habe er Verständnis.
„Massive Beeinträchtigung der Gerichte“
Daher wird die Umstellung der Prozesse nach Schrödters Angaben begleitet – etwa mit Schulungsmaterialien, Austauschplattformen und auch Migrationsmanagerinnen und -managern, die die Mitarbeitenden in der Verwaltung beraten. Dennoch blieb die Kritik nicht aus.
So schrieben die Generalstaatsanwaltschaft und die Gerichtspräsidenten des Landes im September einen Brief an den Minister. Diese warnten darin vor einer „massiven Beeinträchtigung der Gerichte“, wie mehrere Medien berichteten. Schrödter entschuldigte sich daraufhin in einem Schreiben an die Mitarbeitenden der Landesbehörden. Gegenüber der dpa sagte der CDU-Politiker: „Wir hätten vielleicht von Anfang an noch stärker nach vorn stellen müssen, dass Oberflächen natürlich anders aussehen und die Schaltflächen an anderer Stelle sind.“ Die Lösungen seien allesamt praxistauglich und würden millionenfach eingesetzt.
Nextcloud statt Sharepoint
Die Umstellung auf Open-Source-Software ist bisher nicht zu Ende. Nach Angaben der Staatskanzlei umfasst die Open-Source-Strategie des Landes auch weitere Bereiche der Landes-IT: So soll etwa die Software Nextcloud Schritt für Schritt Microsoft SharePoint als zentrale Plattform für Zusammenarbeit ablösen. Diese werde bereits in zahlreichen Verwaltungen genutzt.
Auch werde der Einsatz des Betriebssystems Linux als Alternative zu Windows erprobt. „Das Jahr 2026 steht im Zeichen der Modernisierung unserer Fachverfahren, sodass wir die Voraussetzungen dafür schaffen, einen Linux-Arbeitsplatz flächendeckend auszurollen“, sagte Schrödter. „Allen voran brauchen wir eine Modernisierung unserer E-Akte-Lösung, die ich für Anfang des Jahres erwarte.“
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Schließlich sollen den Angaben nach auch Telefonsysteme umgestellt und mit einer Open-Source-Software betrieben werden. Dass mit Ende der Legislaturperiode Teile der Umstellung zurückgenommen werden könnte, befürchtet der Minister nicht: „Die Voraussetzungen sind hervorragend, dass das Thema der Sicherstellung der digitalen Souveränität in den nächsten Jahren weiter konsequent umgesetzt wird. Den Fahrplan dazu haben wir bereits geschrieben.“
Massive Einsparnis bei Lizenzgebühren
Dabei diene die Umstellung nicht nur der digitalen Souveränität. „Als wir im Land begonnen haben, die Planung für den Umstieg auf Open-Source-Lösungen voranzutreiben, waren es vor allem wirtschaftliche Aspekte, die eine Rolle gespielt haben“, sagte Schrödter. „Wir haben vor einigen Jahren gesehen, dass wir der monopolistischen Preisgestaltung schutzlos ausgeliefert sind.“
Der Einsatz von Open-Source-Lösungen führe hingegen zu einer breiteren Anbieterlandschaft sowie mehr Wettbewerb und Innovation. „Mit Blick auf Schleswig-Holstein ganz konkret hat der jetzige Umstieg dafür gesorgt, dass wir 15 Millionen Euro an zusätzlichen Lizenzgebühren nicht ausgeben“, erklärte der Digitalminister. Demgegenüber stünden 2026 einmalige Investitionen in Höhe von neun Millionen Euro, wie Schrödters Ministerium im Dezember bekannt gab. Dabei würden die Mittel nicht vollständig wegfallen, sondern ebenfalls zur Stärkung des Digitalstandorts genutzt werden.
Gleichzeitig zeige sich auch im digitalen Raum eine Abhängigkeit, ähnlich wie bei der Energieversorgung. „Deshalb ist es so wichtig, dass wir digitale Souveränität sicherstellen“, betonte Schrödter. „Wir können als Staat nur souverän agieren, wenn wir Herr über die Betriebsprozesse unserer IT-Systeme und Daten sind.“
Großes Interesse von Ländern und Wirtschaft
Zudem seien die digitale Souveränität und die Stärkung des Digitalstandorts zwei Seiten derselben Medaille: „Es macht keinen Sinn, mit unseren Lizenzgebühren länger den technologischen Fortschritt anderswo in der Welt zu finanzieren, wenn wir gleichzeitig mit unseren öffentlichen Budgets auch unseren Digitalstandort stärken können.“
Überdies verfolgten den Umstieg nicht nur andere Bundesländer aufmerksam. „Weltweit ist das Interesse von anderen Verwaltungen ziemlich groß, in Europa ganz besonders“, sagte der Minister.
(axk)
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betterCode() GenAI Summit: Jetzt noch Vortrag für die Konferenz einreichen
Die betterCode() GenAI fand 2025 zweimal mit großem Erfolg als Online-Konferenz statt. Dieses Jahr wird es die Konferenz erstmals auch vor Ort geben. Im Juni startet der betterCode() GenAI Summit in Mannheim.
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Noch bis zum 11. Januar suchen die Veranstalter iX und dpunkt.verlag nach Vorschlägen für Vorträge und Workshops für die zweitägige Konferenz am 10. und 11. Juni.
Chancen und Risiken KI-gestützter Softwareentwicklung
GenAI verändert die Softwareentwicklung grundlegend und hat sich im Arbeitsalltag vieler Developer etabliert. Die KI-Tools übernehmen dabei nicht nur lästige Tipparbeit, sondern helfen bei komplexen Aufgaben. Um sicheren und effizienten Code zu erhalten, muss man aber auch ihre Risiken kennen.
Der betterCode() GenAI Summit zeigt, welche KI-Tools für welche Aufgaben geeignet sind und wie die KI-Integration effizient funktioniert. Außerdem thematisiert er die Auswirkungen auf die Arbeit von Entwicklungsteams.
Themenspektrum von KI-Tools über Anwendungsfelder bis hin zu rechtlichen Aspekten
Bis zum 11. Januar suchen die Veranstalter im Call for Proposals Vorträge mit einer Länge von 45 Minuten und ganztägige Workshops unter anderem zu folgenden Themen:
- KI-Tools für die Softwareentwicklung
- Anwendungsfelder: Testing, Refactoring, Migration und mehr
- Engineering und Architektur mit KI
- Rechtliche Rahmenbedingungen
- Auswirkungen auf Teams und Organisationen
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Besonders gerne gesehen sind Erfahrungsberichte. Das Programm wird Anfang Februar veröffentlicht. Wer über den Verlauf der Konferenz informiert werden möchte, kann sich für den Newsletter eintragen.
Bis zur Veröffentlichung des Programms sind die Tickets zum besonders günstigen Blind-Bird-Tarif von 899 Euro (zzgl. 19 % MwSt.) verfügbar.
(rme)
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