Quantencomputer
 
Einige interaktive Modelle
 

Franz Embacher


Die Idee des Quantencomputers besteht darin, die Superposition von Zuständen zur parallelen (gleichzeitigen) Berechnung verschiedener Rechenschritte auszunützen. Dies läßt sich anhand einfacher Modelle demonstrieren.

Hier eine stark vereinfachte Zusammenfassung der Grundidee anhand eines Beispiels, und ohne Formeln und Diagramme.
 
Theoretische Grundlagen: Hinter der Idee des Quantencomputers stehen einige Grundtatsachen der Quantenphysik. In ihrer theoretischen Konzeption bestehen Quantencomputer zunächst aus Systemen (Qubits), die je zwei elementare Quantenzustände (Basiszustände; sie werden üblicherweise als |0> und |1> bezeichnet) und deren Superpositionen annehmen können: Mathematische Feinspitze werden es mir hoffentlich nicht übelnehmen, hinsichtlich der Normierung von Zuständen an manchen Stellen ein bisschen geschummelt zu haben.

Bauteile: Quantenzustände werden - so wie elektrische Ströme im klassischen Computer - durch "Schaltungen" geschickt, deren Bauteile die für Berechnungen notwendigen Operationen durchführen:

Quantencomputer: Damit haben wir alle Voraussetzungen, um zwei interaktive Modelle zu verstehen. Die beiden Modelle sind ganz ähnlich aufgebaut (tatsächlich sind sie physikalisch äquivalent). Um die Vielfalt der möglichen Gesichtspunkte zur Geltung kommen zu lassen, sind sie um zwei verschieden klingende (im Kern aber identische) Aufgabenstellungen (die Erschließung von Information aus einem unbekannten Bauteil und die Durchführung einer konkreten Berechnung) herum aufgebaut. Sie beziehen sich nicht aufeinander, und es ist gleichgültig, welches von beiden studiert wird oder in welcher Reihenfolge sie durchgenommen werden. (Hier ein paar didaktische Bemerkungen über den Unterschied zwischen den beiden Modellen). Anhand dieser einfachen Beispiele erfahren Sie, warum Quantencomputer - sollten sie eines Tages für relevante Probleme eingesetzt werden - eine revolutionäre Neuerung in der Kunst der Berechnung darstellen werden.

Schließlich steht ein interaktiver zur Verfügung, mit dessen Hilfe Sie ihren eigenen Quantencomputer bauen, verschiedene Schaltungen ausprobieren und die zugrundeliegende Idee besser verstehen können.

Die Probleme der experimentellen Realisierung dieser Konzepte werden hier nicht behandelt. Darüber und über verwandte Themen informieren die Seiten des Centre for Quantum Computation an der University of Oxford und die Seiten der Quantenoptik-Gruppe an der Universität Wien.



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