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2020 | Buch

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Mit Quanten rechnen

Quantencomputer für Neugierige

verfasst von: Beatrice Marie Ellerhoff

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Buchreihe : essentials

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Dieses essential schafft lebendig und anschaulich ein Verständnis für die Vorgänge in Quantencomputern. Es geht den Quantenphänomenen der Verschränkung und Überlagerung sowie der Frage, wie sie zum Rechnen verwendet werden können, auf den Grund. Gezeigt werden die Kodierung von Information, die Erklärung einfacher Algorithmen und die mögliche Anwendung. Ein Glossar am Ende des essentials erklärt die wichtigsten Begriffe.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung

Aus physikalischer Sicht wurde das vergangene Jahrhundert wesentlich durch die Quantenmechanik geprägt. Neben Albert Einstein’s Relativitätstheorie führte vor allem die Quantentheorie zu einem Paradigmenwechsel, der den wissenschaftlichen Blick auf die Gesetze der Natur grundlegend änderte. Seitdem Niels Bohr 1913 ein erstes Atommodell mit quantenmechanischen Eigenschaften vorgestellt hat, beschreiben Physikerinnen und Physiker die Welt der kleinsten Teilchen in der Sprache der Quantenmechanik. Energie und Materie liegen hierbei nicht kontinuierlich sondern stückweise „in Quanten“ vor.

Beatrice Marie Ellerhoff

Kapitel 2. Quantenrevolution

Zusammenfassung

Die Quantenphysik fordert uns heraus, die Welt mit anderen Augen zu sehen. So undurchschaubar die Quantenmechanik auf den ersten Blick scheinen mag, hinderte sie uns aber nicht daran, sie in Form von Halbleiterelektronik in Laptops, Photovoltaikanlagen oder Leuchtdioden zu verwenden. Der Wunsch, die komplexe Quantenwelt besser zu verstehen, war die Initialzündung für die Entwicklung von Quantencomputern. Doch ihr enormes Rechenpotential verspricht noch ganz andere Probleme zu lösen \({\textendash }\) ein technologischer Meilenstein mit Ankündigung. Anhand einer musikalischen Metapher wird verständlich, wie Quantencomputer die Phänomene Verschränkung und Überlagerung verwenden, um faszinierend schnell zu rechnen.

Beatrice Marie Ellerhoff

Kapitel 3. Grundbausteine des Quantenrechnens

Zusammenfassung

Das unvorstellbare Rechenpotential von Quantencomputern liegt versteckt in ihren kleinsten Komponenten, den sogenannten Quantenbits (Qubits). Sie können durch ihre quantenmechanischen Eigenschaften in einen gemeinsamen Zustand eintreten und miteinander verschränkt werden. Ein Quantencomputer nutzt diese Eigenschaften geschickt aus, um mit ihnen zu rechnen. Diese Art der Informationsverarbeitung unterscheidet sich grundlegend von der heutiger Computer und eröffnet nie dagewesene Möglichkeiten. Sie könnte noch unbeantwortete Forschungsfragen lösen und neuen Technologien, wie der Quantenverschlüsselung, den Weg ebnen.

Beatrice Marie Ellerhoff

Kapitel 4. Quantencomputer heute und morgen

Zusammenfassung

Die vorherigen Kapitel behandelten Qubits als theoretische Objekte, die verschränkt und zum Rechnen verwendet werden können. Doch wie sehen diese Objekte in der greifbaren Welt aus? Wie sind heutige Quantencomputer aufgebaut und woraus bestehen ihre Qubits? Mit den Quantencomputern verhält es sich ein wenig wie mit der Stromerzeugung: Windräder, Solarzellen oder Wasserkraftanlagen produzieren allesamt Strom, jedoch auf grundlegend verschiedene Art und Weise. Je nach Standort erweist sich eine Art der Stromerzeugung effektiver als eine andere. Ob sich in Zukunft eine Methode durchsetzen wird oder wir stets auf einen Strommix zurückgreifen werden, lässt sich schwer beurteilen. Auch bei den Quantencomputern gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Lösungsansätze. Sie alle besitzen Vor- und Nachteile und sind für unterschiedliche Aufgaben besser oder schlechter geeignet. Daher ist es kaum vorhersagbar, ob es in Zukunft einen oder viele verschiedene Quantencomputer-Typen gibt. Dieses Kapitel gibt einen Einblick in aktuelle Quantencomputer, welche zum Beispiel mit Ionen oder supraleitenden Schaltkreisen rechnen. Ebenso bietet es einen Ausblick auf jene, für die Gesellschaft relevanten Fragen, die zukünftige Quantencomputer beantworten könnten.

Beatrice Marie Ellerhoff

Kapitel 5. Zusammenfassung

Zusammenfassung

Das enorme Rechenpotential von Quantencomputern, welches dieses Büchlein zu ergründen und erklären versucht, liegt versteckt in seinen kleinsten Komponenten, den Qubits. Sie können auf unterschiedliche Art und Weise physikalisch realisiert werden, beispielsweise durch Ionen, Supraleiter oder Anyonen. Die Phänomene der Verschränkung und Überlagerung erlauben den Qubits blitzschnell miteinander zu interagieren und Informationen zu teilen.

Beatrice Marie Ellerhoff

Backmatter

Titel: Mit Quanten rechnen
verfasst von: Beatrice Marie Ellerhoff
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-31222-0
Print ISBN: 978-3-658-31221-3
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-31222-0

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