Der Quantencomputer erklärt?

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4 Antworten

Ein Quantencomputer ist ein Computer, der nach den Grundsätzen der Quantenmechnik funktioniert. Wie das einzelne quantenmechanische System konkret aussieht, ist dabei nicht maßgeblich - es kann ein Elektronenspin oder ein angeregter Atomzustand sein. Quantisiert sind in solchen Systemen dann z.B. Spin oder Drehimpuls. Im einfachsten Fall wird man zwei Zustände des Systems haben, die sich überlagern und verschränken lassen.

Was bedeuten diese Zustände? Ein Beispiel für ein System mit zwei Zuständen ist "tot" und "lebendig". Klassisch ist man entweder das eine oder das andere. Quantenmechanisch kann man auch beides sein, solange keiner hinschaut (Schrödingers Katze).

Wann kann ein Elektron ein Quant sein? Wenn es Teil eines Systems ist, das sich quantenmechanisch beschreiben lässt, also in dem es entsprechende Wechselwirkungen gibt. Das heißt nicht unbedingt, dass es gebunden sein muss - ein freies Elektron an einem Spalt verhält sich ja auch nicht klassisch.

Die Herausforderung ist, dass solche quantenmechanische Systeme am besten funktionieren, wenn es keinerlei Störungen gibt. Irgendwann muss man aber den Computer stören: Spätestens wenn man das Ergebnis wissen will, muss die Katze aus dem Sack - tot oder lebendig. 

Und so sind Quantencomputer heute noch wie autistische Savants: Sie mögen ungeheuer schlau sein, aber sie wollen am liebsten in Ruhe gelassen werden. So bekommt man die Erkenntnis nicht ohne viele Mühen aus ihnen heraus.

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Ich habe keine fundierten Kenntnisse in diesem Bereich, aber was ich glaube verstanden zu haben ist folgendes:

Wichtig bei Quanten ist, dass es sich um diskrete Zustandsveränderungen handelt, also gewissermaßen "gerastert". Weniger Licht als ein einziges Photon wäre überhaupt kein Licht. Genauso gilt das auch für Ladungsteilchen, ein Elektron hat die geringstmögliche Ladung (absolut). So tritt die Quantelung in Erscheinung, so wie ich das verstanden habe. Sogar Zeit und Raum selbst sind gequantelt, es gibt physikalisch gesehen sowohl eine kürzeste Strecke als auch ein kürzestes Zeitinterval.

Bei Quantencomputern wird versucht ein Quantenmechanisches System wechselwirkungsfrei zu halten, und durch die Superposition und Vieldeutigkeit dieses Systems, kann dann irgendwie eine Operation auf alle Bitkombinationen gleichzeitig angewandt werden. Also wo ein normaler Computer für eine Operation auf alle Kombinationen von 4 Bits mindestens 2^4 Schritte benötigt, kann das ein Quantencomputer mit 4 Qubits "in einem Schritt" erledigen.

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Laut Wikipedia:

In der Physik bezeichnet der Begriff Quant (von lateinisch quantum ‚wie groß‘, ‚wie viel‘) ein Objekt, das durch einen Zustandswechsel in einem System mit diskreten Werten einer physikalischen Größe, meist Energie, erzeugt wird. Quanten können immer nur in bestimmten Portionen dieser physikalischen Größe auftreten, sie sind mithin die Quantelung dieser Größen.

Elektronen könnte man als Quanten der elektrischen Ladung aufassen, das bedeutet eine Elektrische Ladung kann nur ein vielfaches der Elementarladung betragen und Elektronen sind im Prinzip die negative Elementarladung, im allgemeinen sagt man aber das Elektronen Objekte mit gequantelten Zuständen sind, so kann ein Elektron zB nur 1/2 oder -1/2 als Spin haben.

Echte Quanten sind zB Photonen als Quanten des elektromagnetischen Feldes. Das Photon kann zwar jede beliebige Energie h*f annehmen, aber du kannst zB kein halbes Photon erzeugen oder du kannst auch kein Halbes Photon vernichten. Also wenn du eine Antenne hast, dann sendet die nur ganze Photonen aus und somit es das System dadurch gquantelt.

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