In der Welt der kleinsten Teilchen, der Atome und Elektronen, gelten andere Regeln als in unserer alltäglichen Erfahrung. Hier kommt die Quantenmechanik ins Spiel, und mit ihr der Begriff des Quantenzustands. Ein Quantenzustand beschreibt den vollständigen physikalischen Zustand eines Quantensystems, also beispielsweise eines einzelnen Elektrons oder eines Atoms. Man kann sich das so vorstellen, wie eine Art Steckbrief, der alle wichtigen Informationen über das Teilchen enthält.

Anders als in der klassischen Physik, wo wir den Zustand eines Objekts, wie zum Beispiel eines Balls, durch seinen Ort und seine Geschwindigkeit genau beschreiben können, sind in der Quantenwelt die Eigenschaften eines Teilchens nicht immer eindeutig festgelegt. Stattdessen beschreibt der Quantenzustand die Wahrscheinlichkeiten, mit denen bestimmte Messwerte, wie zum Beispiel der Ort oder die Energie des Teilchens, bei einer Messung gefunden werden. Ein Elektron kann sich beispielsweise in einem Überlagerungszustand befinden, bei dem es sich gewissermaßen an mehreren Orten gleichzeitig aufhält. Erst durch eine Messung wird der Zustand auf einen bestimmten Wert festgelegt.

Ein weiterer wichtiger Aspekt von Quantenzuständen ist, dass viele Eigenschaften, wie zum Beispiel die Energie eines Elektrons in einem Atom, nur ganz bestimmte, diskrete Werte annehmen können. Man spricht dann von "gequantelten" Größen. Das Elektron kann also nicht beliebige Energiemengen…