Abo
  • IT-Karriere:

Quantencomputer: Was sind diese Qubits?

Bits und Bytes sind für jeden Computer essenziell. Quantencomputer benutzen Qubits zum Rechnen. Was macht sie so besonders?

Artikel von veröffentlicht am
Ein supraleitendes Transmon Qubit
Ein supraleitendes Transmon Qubit (Bild: Michael Fang/Josephson Junction Quantum Computing at UCSB)

Die Quanten kommen: Alles Wissenswerte über Quantenthemen erfahren Sie auch auf der Konferenz von Golem.de am 23. Juni in Berlin!

Weitere Artikel vorlesen lassen:


Der kleinste Bestandteil jeder Rechnung in einem Quantencomputer ist das Qubit. Genauso wie das digitale Bit kann auch ein Qubit im Ergebnis nur zwei Werte annehmen, die genau wie beim Bit auch als 0 und 1 bezeichnet werden. Sowohl Bits als auch Qubits speichern Werte, sie können manipuliert werden und selbst andere Bits oder Qubits manipulieren. Sie sind die Grundlage für jede Berechnung. Der Unterschied besteht darin, wie diese Null oder Eins bei der Messung im Ergebnis zustandekommen.

Inhalt:
  1. Quantencomputer: Was sind diese Qubits?
  2. Elektronenspin als Beispiel
  3. Verschiedene Konzepte für Qubits

Vor einer Messung kann ein Qubit nicht nur die Werte 0 und 1 annehmen. Es ist eine komplexe Zahl, die aus zwei Komponenten besteht, dem realen und dem imaginären Teil. Das Qubit hat dabei immer den Betrag 1. Wenn eine komplexe Zahl auf einem X-Y-Diagramm dargestellt wird, dann ist der Betrag der Abstand vom Nullpunkt. Ein Qubit kann also jeden beliebigen Wert auf einem Kreis mit dem Radius 1 um den Nullpunkt annehmen - bis es gemessen wird.

Der Wert kann gezielt manipuliert und auf dem Kreis verschoben werden. Zwei Qubits können miteinander interagieren und, je nach den Bedingungen dabei, ihre Werte verändern. Die Messung kann jedoch nur die Werte 0 oder 1 ergeben. Die Chance auf eine 1 ergibt sich aus dem Quadrat des realen Anteils der Zahl. Nur wenn der reale Anteil der Zahl 0 ist, ergibt die Messung mit Sicherheit 0.

Aber was ist ein Qubit in einem Quantencomputer? Wie beim Bit in einem einfachen Computer gibt es auf diese Frage viele Antworten. Auch ein Bit kann auf vielen verschiedenen Wegen realisiert werden. Das System hinter der 1 oder der 0 kann die verschiedensten Formen annehmen. Bits sind nichts weiter als ein abstraktes Konzept. Wichtig ist nur, dass die Bauteile des Computers die Eigenschaften eines Bits haben. Dieses muss in genau einem von zwei Zuständen sein, die beide eindeutig definiert sind, stabil bleiben und jederzeit gemessen werden können. Es gibt viele denkbare Systeme, mit denen so ein Bit realisiert werden kann.

Von der Pappkarte zum mikroskopischen Transistor

Stellenmarkt
  1. Josef Kränzle GmbH & Co. KG, Illertissen
  2. AWO gemeinnützige Gesellschaft für soziale Einrichtungen und Dienste in Nordhessen mbH, Kassel

Anfangs bestanden Bits aus Löchern in Pappkarten und Papierstreifen, die mechanische Systeme blockieren oder freigeben können. Ein Ansatz, der noch nicht tot ist, gelegentlich wird immer noch an mechanischen Systemen mit Schaltern im Nanobereich für Spezialanwendungen geforscht. Es folgten elektrische Systeme mit Relais, Vakuumröhren und schließlich Transistoren. Hinzu kamen Systeme zur langfristigen Speicherung.

Alle Bits können zwei klar definierte, jederzeit messbare Zustände einnehmen. Allen gemein ist, dass die Berechnungen im gesamten Computer jederzeit gestoppt, sein Zustand erfasst und weitergerechnet werden kann. Ein Qubit ist ein genauso abstraktes Konzept wie ein Bit und es nimmt im Quantencomputer die gleiche Stellung ein. Allerdings sind sie weit weniger leicht zu konstruieren und die Berechnungen finden weitgehend im Blindflug statt. Denn jeder Eingriff vor dem Ende der Berechnung zerstört die Information im Qubit.

Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, Qubits praktisch umzusetzen. In der Quantenphysik braucht es dafür leider mehr als eine Pappkarte, in der entweder ein Loch sein kann oder auch nicht. Nötig ist ein quantenphysikalisches System, das genau zwei Zustände einnehmen kann, in denen es gemessen werden kann. Es hat dann automatisch die nötigen Eigenschaften einer komplexen Zahl mit dem Betrag 1. Es gibt auch hier weit mehr als einen Weg, so ein System zu erzeugen. Aber jedes System muss am Ende die gleichen physikalischen Eigenschaften haben.

Elektronenspin als Beispiel 
  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4.  


Anzeige
Spiele-Angebote
  1. (-78%) 12,99€
  2. 4,99€
  3. 2,99€
  4. 4,60€

Lemo 23. Mai 2017

Ok, das leuchtet mir ein. Wieso kann man das nicht simpel erklären, statt nur zu sagen...

LadyDie 21. Mai 2017

Ein Qbit wird nicht durch 1 komplexe Zahl beschrieben, sondern durch 2 komplexe Zahlen...

Gromran 17. Mai 2017

Mit Störung ist hier eher der Kollaps der quantenmechanischen Wellenfunktion gemeint...


Folgen Sie uns
       


Doom Eternal angespielt

Slayer im Kampf gegen die Höllendämonen: Doom Eternal soll noch in diesem Jahr erscheinen.

Doom Eternal angespielt Video aufrufen
Mobile-Games-Auslese: Magischer Dieb trifft mogelnden Doktor
Mobile-Games-Auslese
Magischer Dieb trifft mogelnden Doktor

Ein Dieb mit Dolch in Daggerhood, dazu ein (historisch verbürgter) Arzt in Astrologaster sowie wunderschön aufbereitetes Free-to-Play-Mittelalter in Marginalia Hero: Golem.de stellt die spannendsten neuen Mobile Games vor.
Von Rainer Sigl

  1. Mobile-Games-Auslese Rollenspiel-Frühling mit leichten Schusswechseln
  2. Gaming Apple Arcade wird Spiele-Flatrate für iOS und MacOS
  3. Indiegames Stardew Valley kommt auf Android

IT-Forensikerin: Beweise sichern im Faradayschen Käfig
IT-Forensikerin
Beweise sichern im Faradayschen Käfig

IT-Forensiker bei der Bundeswehr sichern Beweise, wenn Soldaten Dienstvergehen oder gar Straftaten begehen, und sie jagen Viren auf Militärcomputern. Golem.de war zu Gast im Zentrum für Cybersicherheit, das ebenso wie die IT-Wirtschaft um guten Nachwuchs buhlt.
Eine Reportage von Maja Hoock

  1. Homeoffice Wenn der Arbeitsplatz so anonym ist wie das Internet selbst
  2. Bundesagentur für Arbeit Informatikjobs bleiben 132 Tage unbesetzt
  3. IT-Headhunter ReactJS- und PHP-Experten verzweifelt gesucht

Wolfenstein Youngblood angespielt: Warum wurden diese dämlichen Mädchen nicht aufgehalten!?
Wolfenstein Youngblood angespielt
"Warum wurden diese dämlichen Mädchen nicht aufgehalten!?"

E3 2019 Der erste Kill ist der schwerste: In Wolfenstein Youngblood kämpfen die beiden Töchter von B.J. Blazkowicz gegen Nazis. Golem.de hat sich mit Jess und Soph durch einen Zeppelin über dem belagerten Paris gekämpft.
Von Peter Steinlechner


      •  /