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Die Quantenphysik bildet schon heute das Fundament zahlreicher aktueller Technologien. Zukünftige Quantentechnologien, wie Quantencomputer, werden sowohl in der Industrie als auch für die Gesellschaft an Bedeutung gewinnen. In vielen nationalen und internationalen Schulcurricula ist die Quantenphysik als Thema für den Physikunterricht mittlerweile fest verankert. Aber trotz des enormen Bedeutungszuwachses von Quantentechnologien ist der Unterricht zur Quantenphysik an Schulen nach wie vor von semi-klassischen Modellen und quasi-historischen Zugängen geprägt, während moderne Begriffe der Quantenphysik häufig unberücksichtigt bleiben. Die Folge sind oft klassisch-mechanistisch geprägte Vorstellungen Lernender zur Quantenphysik. Hier setzt diese Arbeit an: mit dem Erlanger Unterrichtskonzept zur Quantenoptik wird ein Konzept vorgestellt, mit dem Lernende der gymnasialen Oberstufe Quanteneffekte anhand quantenoptischer Experimente kennen lernen. Konzepte der Quantenoptik, wie die Präparation von Quantenzuständen, die Antikorrelation am Strahlteiler und die Einzelphotoneninterferenz verhelfen Lernenden zu einem modernen Bild über Quantenphysik. Im Rahmen einer summativen Evaluation im Mixed-Methods-Design mit 171 Schülerinnen und Schülern zeigte sich, dass Lernende mit dem Erlanger Unterrichtskonzept zu quantenphysikalisch dominierten Vorstellungen gelangen und verbreitete Lernschwierigkeiten vermieden werden kÃnnen.

Quantum optics.

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This book scrutinises, physically, the devices and components used in quantum optic experiments, revealing various, hitherto ignored, phenomena, including quantum Rayleigh spontaneous and stimulated emissions, the unavoidable parametric amplification of spontaneous emission, and the formation of groups of monochromatic photons in a high finesse cavity incorporating a quantum dot. The book also explores self-contained quantisation of the optical field without any harmonic oscillators leading to the dynamic and coherent number states, the intrinsic optical field of photons and their localised spatial distributions, and instantaneous and localised photon-dipole interactions by means of pure, dynamic and coherent number states. In addition, it looks at the quantum evolution and predictions being described by the Ehrenfest theorem, for any level of optical field excitation, in order to evaluate the expectation value of an operator in the context of a given set of pure wavefunctions, and identifies quantum phenomena at the level of single events and measurements with a space- and time-dependence, leading to quantum locality and realism. Overall, the book shows that there are no quantum optic "miracles" once the physically present effects are correctly identified.

Quantum optics. --- Quantum optics --- Applied optics. --- Mathematics.

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Discusses the field of atom optics and interferometry with its aspects ranging from fundamental physics to applications and the theory of relativity. This book offers an introduction to atom optics and Bose-Einstein condensation. It also discusses the theoretical foundations of cold atom interferometers and their use to test gravity.

Quantum optics --- Atoms --- Astrophysics

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Quantum theory. --- Quantum optics.

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Optics. Quantum optics