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Dieses Buch bietet einen Überblick über die neuesten Implementierungen von Quanten-Zufallszahlengeneratoren (QRNGs) und untersucht insbesondere deren Beziehung zu klassischen statistischen Zufallsmodellen und numerischen Techniken zur Berechnung von Zufallszahlen. Der Leser - der idealerweise einen Hintergrund in klassischer Statistik, Informatik oder Kryptographie hat - wird Schritt für Schritt in die Welt der Quantenbits eingeführt, und es werden explizite Beziehungen zwischen QRNGs und ihren klassischen Gegenstücken aufgezeigt. Die Erzeugung von Zufallszahlen ist eine wichtige Säule der Kryptographie. Die Nutzung des Zufalls, der Quantenphänomenen innewohnt, ist ein sich rasch entwickelnder Zweig der Quantenkryptografie mit unzähligen Anwendungen für die Zukunft. Der Wert der Quantenzufälligkeit für kryptografische Zwecke wird empirisch durch statistische Auswertungen der Leistung von QRNGs im Vergleich zu klassischen Techniken zur Erzeugung echter und pseudozufälliger Zahlen nachgewiesen. Das Buch bietet dann einen Überblick über die technischen Implementierungen von QRNGs, bevor eine abschließende Diskussion über die wichtigsten Errungenschaften und verbleibenden Hindernisse auf diesem Gebiet die Berichterstattung abrundet und gleichzeitig die Tür für zukünftige Forschungsrichtungen öffnet.

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 können.