Mainz 2012 – wissenschaftliches Programm

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DD: Fachverband Didaktik der Physik

DD 13: Praktika und neue Praktikumsversuche 1 (Schülerlabor)

DD 13.2: Vortrag

Dienstag, 20. März 2012, 11:20–11:40, P 12

Ein quantenphysikalischer Zufallszahlgenerator im Schülerlabor — Leo Führinger¹, •Jens Küchenmeister¹, Antje Bergmann¹ und Jörg Schmalian² — ¹Institut für Theoretische Festkörperphysik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) — ²Institut für Theorie der Kondensierten Materie, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Das Ziel dieses Versuches, der an der Physik-Schülerlabor Initiative (PSI) des KIT angeboten wird, besteht darin, die Schüler an die Besonderheiten der Quantenphysik heranzuführen. Im Fokus steht hier der quantenphysikalische Zufall. Das Setup des Zufallszahlgenerators besteht im Wesentlichen aus einem Laser als Lichtquelle, einem Strahlteiler und zwei Einzelphotondetektoren. Ist der Strahlteiler so justiert, dass je 50% der Photonen an jedem der Detektoren eintreffen, dann sollte die Reihenfolge ihres Auftreffens an den Detektoren im Idealfall völlig zufällig sein. Das Signal des ersten Detektors wird als '0', das des zweiten Detektors als '1' interpretiert. Dadurch erhält man eine binäre Folge, die dann auf ihre Zufälligkeit hin untersucht werden kann. So sollte die Wahrscheinlichkeit eine 1er Kette der Länge n in der Folge zu finden mit 1/2 hoch n abnehmen. Darüber hinaus verwenden wir andere Tests, beispielsweise den Chi-Quadrat-Test, um die Gleichverteilung zu untersuchen, und die Bestimmung von Pi mittels der Monte-Carlo-Methode.