Quantencomputer
Ein Quantencomputer ist ein Modell dafür, wie man einen Computer baut. Die Idee ist, dass Quantencomputer bestimmte Phänomene aus der Quantenmechanik, wie z.B. Überlagerung und Verschränkung, nutzen können, um Operationen an Daten durchzuführen. Das Grundprinzip der Quantenberechnung besteht darin, dass Quanteneigenschaften zur Darstellung von Daten und zur Durchführung von Operationen an diesen Daten verwendet werden können. Ein theoretisches Modell ist die Quanten-Turing-Maschine, auch bekannt als der universelle Quantencomputer.
Die Idee des Quantencomputers ist noch sehr neu. Es wurden bereits Experimente durchgeführt. In diesen wurde eine sehr kleine Anzahl von Operationen mit Qubits (Quantenbits) durchgeführt. Sowohl die praktische als auch die theoretische Forschung geht mit Interesse weiter, und viele nationale Regierungs- und Militärfördereinrichtungen unterstützen die Quantencomputerforschung, um Quantencomputer sowohl für zivile als auch für militärische Zwecke, wie z.B. die Kryptoanalyse, zu entwickeln.
Heutige Computer, "klassische" Computer genannt, speichern Informationen in binärer Form; jedes Bit ist entweder an oder aus. Die Quantenberechnung verwendet Qubits, die nicht nur ein- oder ausgeschaltet sein können, sondern auch sowohl ein- als auch ausgeschaltet sein können, was eine Möglichkeit zur Beschreibung der Überlagerung ist, bis eine Messung durchgeführt wird. Der Zustand eines Datenstücks auf einem normalen Computer ist mit Sicherheit bekannt, aber die Quantenberechnung verwendet Wahrscheinlichkeiten. Es wurden nur sehr einfache Quantencomputer gebaut, obwohl größere Konstruktionen erfunden wurden. Die Quantenberechnung verwendet eine spezielle Art der Physik, die Quantenphysik.
Wenn große Quantencomputer gebaut werden können, werden sie einige Probleme viel schneller lösen können als jeder heute existierende Computer (wie z.B. der Algorithmus von Shor). Quantencomputer unterscheiden sich von anderen Computern wie DNA-Computern und traditionellen Computern, die auf Transistoren basieren. Einige Computerarchitekturen wie optische Computer verwenden möglicherweise die klassische Überlagerung von elektromagnetischen Wellen. Ohne quantenmechanische Ressourcen wie Verschränkung ist man der Meinung, dass ein exponentieller Vorteil gegenüber klassischen Computern nicht möglich ist. Quantencomputer können keine Funktionen ausführen, die von klassischen Computern theoretisch nicht berechenbar sind, mit anderen Worten, sie ändern nichts an der Church-Turing-These. Sie wären jedoch in der Lage, viele Dinge viel schneller und effizienter zu erledigen.
Die Bloch-Sphäre ist eine Darstellung eines Qubits, des fundamentalen Bausteins von Quantencomputern.
Fragen und Antworten
F: Was ist ein Quantencomputer?
A: Ein Quantencomputer ist ein Modell für den Bau eines Computers, der bestimmte Ideen aus der Quantenmechanik wie Überlagerung und Verschränkung nutzt, um Operationen mit Daten durchzuführen.
F: Wie unterscheidet er sich von klassischen Computern?
A: Klassische Computer speichern Informationen in binärer Form; jedes Bit ist entweder an oder aus. Quantencomputer verwenden Qubits, die sowohl ein- als auch ausgeschaltet sein können, bis eine Messung durchgeführt wird. Der Zustand eines Datenelements auf einem normalen Computer ist mit Sicherheit bekannt, aber die Quantenberechnung verwendet Wahrscheinlichkeiten.
F: Was sind einige mögliche Anwendungen für Quantencomputer?
A: Zu den möglichen Anwendungen gehören die Kryptoanalyse (das Brechen von Codes) und das Lösen von Problemen, die viel schneller sind als bei jedem aktuellen Computer (z. B. der Shor-Algorithmus).
F: Gibt es neben Quantencomputern noch andere Arten von Computern?
A: Ja, es gibt andere Arten von Computern wie DNA-Computer und herkömmliche transistorbasierte Computer. Einige Computerarchitekturen wie optische Computer können auch die klassische Überlagerung elektromagnetischer Wellen nutzen.
F: Gilt die Church-Turing-These auch für Quantencomputer?
A: Ja, Quantencomputer können keine Funktionen ausführen, die von klassischen Computern theoretisch nicht berechnet werden können; sie ändern nichts an der Church-Turing-These. Allerdings könnten sie viele Dinge sehr viel schneller und effizienter erledigen als klassische Maschinen.
F: Wurde Quantencomputing im großen Maßstab schon erreicht?
A: Nein, es wurden nur sehr einfache Experimente mit Qubits (Quantenbits) durchgeführt, obwohl größere Konstruktionen erfunden worden sind. Die praktische und theoretische Forschung wird mit Interesse fortgesetzt, um groß angelegte Quantencomputer für zivile und militärische Zwecke zu entwickeln.
