Gehört zu: Quantenphysik
Siehe auch: Wellenfunktion, Superposition, Verschränkung, von Neumann

Stand: 08.11.2024

Eine Umfrage zum persönlichen astronomischen Hintergrund: Umfrage.

Was ist ein Quantencomputer?

Ein Quantencomputer hat als Speicher keine “normalen” Bits, die also genau zwei Zustände (Null oder Eins) annehmen können, sondern sog. “Qubits”.

So ein Qubit ist ein quantenmechanisches Element, das durch eine Wellenfunktion Ψ beschrieben wird; wobei ein Qubit eine Superposition zweier Zustände |0> und |1> ist und alle Überlagerungen vorkommen können:

\( |\Psi \rangle = \alpha \cdot |0 \rangle + \beta \cdot |1 \rangle  \\ \)

Wobei \(  \alpha^2 + \beta^2 = 1 \) sein muss.

Das Qubit ist ein quantenmechanisches Element, wobei eine Observable ausgelesen werden kann, die genau zwei unterschiedliche Werte anzeigen wird.

Superposition und Verschränkung sind erforderliche Mechanismen; d.h. die Wellenfunktion darf nicht kollabieren.

Der Quantencomputer muss dann Operationen haben, die das Schreiben und Lesen von Qubits erlauben sowie eine Art “Berechnung”, die aus zwei Eingangs-Qubits ein oder mehrere Ergebnis-Qubits erzeugt (Rechenwerk). Dies macht man mit sog. Gattern.

Für das Funktionieren eines Quantencomputers ist wichtig, wie lange der Zustand der Qubits “kohärrent” bleibt. Durch jede Wechselwirkung mit anderen Teilchen kollabieren die Wellenfunktionen; d.h. der Zustand wird “inkohärent”. Diese sog. Kohärenzzeit muss lange genug dauern, um die erwünschte Rechenoperation und das Auslesen der Ergebnisse zu ermöglichen.

Technische Realisierung von Qubits

Ursprünglich hat man solche Qubits realisiert durch supraleitende Schaltkreise. Heutzutage spricht man über folgende prinzipielle Realisierungsmöglichkeiten:

• Supraleitende Schaltkreise
• Ionenfalle
• Kalte Neutralatome
• Halbleiter Spin
• Stickstoff-Fehlstellen in Diamanten
• Photonen

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