Quantencomputer

Quạn|ten|com|pu|ter 〈[-pju:-] m. 3; EDV; Phys.〉 Computer, der nach den Gesetzen der Quantentheorie nicht mit Stromimpulsen (Zustand an od. Zustand aus), sondern mit Überlagerungszuständen einzelner Atome (sog. verschränkte Atome) arbeitet u. dadurch Rechnungen effektiver u. schneller ausführen kann, anstelle von Bits werden Quantenbits verwendet

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Quạn|ten|com|pu|ter, der (EDV):

[theoretisch möglicher] Computer, der nach quantenmechanischen Prinzipien arbeitet.

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Quantencomputer,

 

ein Computer, der für die Darstellung von Informationen und die Durchführung von Rechenoperationen die Gesetze der Quantenmechanik (Quantentheorie) ausnutzt. Der Zweig der Informatik, der sich mit der Informationsverarbeitung mithilfe quantenmechanischer Zustände beschäftigt, ist die Quanteninformatik.

 

Im Quantencomputer werden Informationen in atomaren Zwei-Niveau-Systemen abgelegt, z. B. in Atomkernen, deren innerer Drehimpuls (Kernspin) zwei Orientierungen, genannt »up« und »down«, einnehmen kann, was der üblichen Darstellung durch »0« und »1« entspricht. Eine solche elementare Einheit der Quanteninformation nennt man Qubit. Im Unterschied zum normalen Computer können beim Quantencomputer die einzelnen Informationseinheiten entsprechend den Regeln der Quantenmechanik überlagert und verschränkt werden (Interferenz). Quantenmechanische Überlagerung der beiden Zustände »0« und »1« eines Qubit bedeutet, dass sich das entsprechende Atom gleichzeitig in beiden Zuständen befindet, wobei jeder Zustand durch eine Wahrscheinlichkeit gekennzeichnet ist. Operationen auf solchen Qubits wirken nun auf alle Zustände gleichzeitig und beeinflussen dieWahrscheinlichkeiten. Dadurch entsteht ein ungeheures Potenzial zur Parallelverarbeitung. Die Verschränkung von zwei räumlich getrennten, aber quantenmechanisch gekoppelten Qubits beinhaltet, dass die Manipulation des einen Qubits auch das andere beeinflusst, und zwar unmittelbar und sofort, unabhängig davon, wie weit diese Qubits voneinander entfernt sind. Auf der Basis dieses »Teleportationseffekts« können in einem Quantencomputer Daten transporiert werden.

 

Inzwischen wurden Algorithmen gefunden, die das Potenzial von Quantencomputern ausnutzen und mit denen bestimmte Probleme viel effektiver als mit herkömmlichen Verfahren gelöst werden können, z. B. die Primfaktorzerlegung einer großen Zahl, auf der eine Reihe aktueller Verschlüsselungsverfahren (Kryptographie, Quantenkryptographie) beruht, und verschiedene Suchverfahren.

 

Technisch umgesetzt wurden bereits die einzelnen Bestandteile eines Quantencomputers, ebenso einfache logische Schaltungen (Logik). Jedoch bereitet das Zerfallen der zerbrechlichen quantenmechanischen Zustände durch die unvermeidbare Kopplung an die Umgebung noch große Probleme. Ob und wann ein leistungsfähiger Quantencomputer produziert werden kann, ist daher noch nicht absehbar.