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Quantencomputer
Freigegeben von matroid am Sa. 19. Januar 2002 18:42:45
Verfasst von matroid -   1206 x gelesen [Gliederung] [Statistik] Druckbare Version Druckerfreundliche Version
Vermischtes

Der Physiker Richard Feynman schlug 1976 vor, Computer auf der Basis einzelner Atome zu konstruieren und die Gesetzmäßigkeiten der Quantenphysik auszunutzen, um Berechnungen extrem effizient durchzuführen. Der entscheidende Vorteil eines Quantencomputers besteht darin, daß die Bits (man bezeichnet sie im Unterschied zu klassischen Bits als Q-Bits) nicht auf einen bestimmten Wert festgelegt sein müssen (entweder „0“ oder „1“), sondern beide Werte gleichzeitig annehmen können. Solche Überlagerungen widersprechen zwar unserer Alltagserfahrung, lassen sich aber an Atomen im Labor leicht beobachten.
Die Idee des Quantencomputers besteht darin, die Überlagerung (Superposition) von Zuständen zur parallelen (gleichzeitigen) Berechnung verschiedener Rechenschritte auszunützen.
 
0 1 oder 01

25 Jahre später meldet die Süddeutsche Zeitung (31.12.01):

Rechnen mit Quanten:
Atomarer Computer zerlegt die Zahl 15

  Aufgaben, mit denen die derzeit schnellsten Supercomputer mehrere Milliarden Jahre beschäftigt wären, können Quantencomputer in Sekundenbruchteilen lösen – theoretisch. Doch die Leistung real existierender Quantencomputer konnte man bisher mit den Fingern nachrechnen. Jetzt muss man immerhin auch die Zehen bemühen. Denn im Almaden-Forschungszentrum der IBM in San Jose (Kalifornien) haben Quantencomputer eine neue Bestleistung erzielt: die Zerlegung der Zahl 15 in das Produkt aus 3 und 5 (Nature, Bd.414, S.883, 2001). Das ist ein Anfang: Irgendwann sollen ähnliche Rechner mit erweiterter Kapazität sicher geglaubte Verschlüsselungsverfahren knacken.
  Fortsetzung des Artikels unter "mehr ..."
Dies läßt sich anhand einfacher Modelle demonstrieren.
Auf der großartigen Seite Quantencomputer von Franz Embacher, Uni Wien, findet man Erklärungen von Begriffen (z.B. Qubits), Bauteilen (z.B. NOT-Gate, Hadamard-Transformation) und zum prinzipiellen Aufbau. Für zwei Aufgabenstellungen wird die Arbeitsweise durch interaktive Demonstrationen verdeutlicht. Mit einem Baukasten kann man das Modell seines eigenen Quantencomputers bauen.

Forsetzung SZ 31.12.01:
  Die Gruppe von Isaac Chuang baut Quantencomputer aus einem einzigen organischen Molekül in einem starken Magnetfeld. Es enthält fünf Fluor- und zwei Kohlenstoffatome, deren Kerne jeweils ein Qubit (Quantenbit) speichern – die kleinste Einheit der Quanteninformation. Jeder Kern dreht sich wie ein winziger Kreisel, sein Drehsinn bestimmt den Wert des betreffenden Qubits. Programmiert werden sie durch Radiopulse. Wie ein Kern auf einen solchen Puls reagiert, hängt auch vom Zustand seiner Nachbarn ab.
  Quantencomputer arbeiten nach einem völlig anderen Prinzip als herkömmliche Rechner. Im Gegensatz zu Bits, die entweder 0 oder 1 sind, können sich in Qubits beide Zustände nach den Regeln der Quantenmechanik überlagern. Statt bei bestimmten Anfangswerten zu starten, rechnen Quantencomputer daher für alle möglichen Werte gleichzeitig. Sie übertrumpfen klassische Digitalcomputer wie der Igel den Hasen.
  Besonders augenfällig ist dieser Unterschied beim Zerlegen großer Zahlen in ihre Primfaktoren – also Zahlen, die ihrerseits nicht weiter zerlegt werden können. Mit jeder hinzukommenden Ziffer vervielfacht sich dabei der Rechenaufwand. Schon auf die Zerlegung von 174-stelligen Zahlen sind zehntausend Dollar Preisgeld ausgesetzt, an 500-stelligen Zahlen würden selbst Großcomputer viele Milliarden Jahre knabbern. Dagegen entwickelte der amerikanische Mathematiker Peter Shor vor sieben Jahren eine Rechenvorschrift für Quantencomputer, mit der diese die Aufgabe in einem Augenblick lösen könnten.
  Chuangs Gruppe gelang nun die erste Demonstration dieser Rechenvorschrift. Die weit verbreitete Public Key-Verschlüsselung beruht jedoch gerade darauf, dass Primzahlen leicht zu multiplizieren, das Produkt aber praktisch kaum zu zerlegen ist. Das Verfahren würde deshalb wertlos werden, sobald der erste Quantencomputer mit genügender Kapazität eingeschaltet wird. Chuang und Kollegen müssten ihren Rechner dazu von sieben Qubits auf etwa tausend erweitern. „Im Prinzip“ wäre dies möglich, schreiben sie. Die technische Umsetzung ist allerdings schwierig, weil Quantencomputer mit zunehmender Komplexität immer empfindlicher gegen Wärmebewegung und Störungen aus der Umwelt werden.
Verwendetes Bild von Max-Planck-Gesellschaft.

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: Vermischtes :: Physik :
Quantencomputer [von matroid]  
Der Physiker Richard Feynman schlug 1976 vor, Computer auf der Basis einzelner Atome zu konstruieren und die Gesetzmäßigkeiten der Quantenphysik auszunutzen, um Berechnungen extrem effizient durchzuführen.
[Die Arbeitsgruppe Alexandria katalogisiert die Artikel auf dem Matheplaneten]

 
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" Quantencomputer" | 2 Kommentare
 
Für den Inhalt der Kommentare sind die Verfasser verantwortlich.

Re: Quantencomputer
von Ex_Mitglied_40174 am So. 20. Januar 2002 01:16:21


Wen wundert es, daß man für einen Quantencomputer auch seine Füße braucht.

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