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Können Quanten rechnen?

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Quanteninformatik - Einführung in die Grundprinzipien
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Können Quanten rechnen?
Quanteninformatik – Einführung in die Grundprinzipien (Teile 1-3)
von Peter Bussemer

Teil 1: Grundbegriffe der Quantenphysik
Teil 2: Komponenten von Quantencomputern
Teil 3: Algorithmen der Quanteninformatik – Überblick

Umfang: 19 Seiten
Beitrag steht als ePaper (PDF) zur Verfügung
Eine Leseprobe des Artikel befindet sich im Register MEDIEN.

Um die Grundzüge des Rechnens mithilfe von Quanten als eine Anwendung der Quantenphysik und die Grundlagen des interdisziplinären Forschungsgebiets Quanteninformatik zu verstehen, werden in dieser Artikelserie zunächst die wesentlichen Begriffe der Quantentheorie entwickelt. Anschließend wird das Quantenbit definiert und auf die Besonderheiten des reversiblen Rechnens eingegangen; auch werden einige Ein- und Zweibit-Operationen vorgestellt. Ein einfacher Quantenalgorithmus zeigt (in der Reduktion der Rechenzeit gegenüber klassischen Algorithmen) den Vorteil der Nutzung quantentheoretischer Phänomene wie Überlagerung und Verschränkung. Die neuen Möglichkeiten bei der Chiffrierung (Quantenkryptografie) und der Nachrichtenübertragung (Quantenteleportation) werden diskutiert, ebenso der Entwicklungsstand der Quantenhardware.

Inhalt:
Teil 1: Grundbegriffe der Quantenphysik
  • Physik und Informatik
  • Systeme der klassischen Physik
  • Klassische deterministische Systeme
  • Klassische stochastische Systeme
  • Quantensysteme
  • Komplexe Wahrscheinlichkeiten
  • Quantentheoretische Interpretation des Zustandsvektors
  • Grundprinzipien des Quantenrechnens

Teil 2: Komponenten von Quantencomputern
  • Bits und Quantenbits
  • Quantenregister
  • Schaltelemente (Gatter)
  • Klassische Gatter
  • Quantengatter
  • Ein Quanten-Zufallsgenerator
  • Das Klonierungsverbot
  • Exkurs: Schrödingers Katze und Bertlmanns Socken

Teil 3: Algorithmen der Quanteninformatik – Überblick
  • Algorithmen für Quantenrechner
  • Einteilung der Quantenalgorithmen
  • Arbeitsweise von Quantenalgorithmen
  • Der Algorithmus von Deutsch
  • Ermittlung globaler Funktionseigenschaften
  • Deutschs Problem
  • Die Verallgemeinerung von Deutsch-Josza
  • Faktorisierungsalgorithmus von Shor
  • Experimentelle Realisierungen
  • Probleme der Messung in der Quantentheorie


Eine Leseprobe des Artikel befindet sich im Register MEDIEN.

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