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ScienceSource.info / Artikel / Physik

Quantencomputer

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

Die Grundidee (stark vereinfacht):

Die Aufgabenstellung an einen Quantencomputer ist:
Gegeben ist eine Black-Box, die einen Input (0 oder 1) entgegennimmt und für jeden Input eine Zahl (die wiederum 0 oder 1 sein kann) ausgibt. Es soll festgestellt werden, ob die beiden Output-Zahlen gleich sind.
  • 1.Ein geeignetes Quantensystem wird in einen Zustand gebracht, der eine Überlagerung (Superposition) von 0 und 1 darstellt.
  • 2.Dieser Zustand wird als Input für die Black-Box verwendet. Da die Superposition beide Zahlen 0 und 1 enthält, lässt sich die Black-Box - wenn sie in physikalisch geeigneter Weise realisiert wurde - beide Ausgabewerte entlocken. Nach dem Vorgang beinhaltet der Zustand den Wert beider - unbekannter - Zahlen.
  • 3.Die Gesetze der Quantenphysik erlauben nur eine einzige Messung (Ablesung), um Informationen aus dem Zustand herauszubekommen. Nach einer kleinen "Nachbearbeitung" des Zustands kann sichergestellt werden,dass die Messung

    Mit Sicherheit den Wert 0 ergibt, wenn die beiden unbekannten Zahlen gleich sind
    Mit Sicherheit den Wert 1 ergibt, wenn die beiden unbekannten Zahlen ungleich sind

    Damit ist die Aufgabe gelöst. Die Werte der beiden Zahlen bleiben unbekannt, aber sie zu ermitteln war ja auch nicht verlangt worden. Ein klassischer Computer hätte zur Lösung desselben Problems zwei (also doppelt so viele) Anfragen an die Black-Box stellen müssen.
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.
Version 3.2      © 2001-2008 Harald Wolfsgruber