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. IT Manager Robotics Process Automation und Workflow Management (m/w/x)
    ALDI International Services GmbH & Co. oHG, Mülheim an der Ruhr
  2. Cloud Security Consult / Cloud Sicherheitsarchitekt (m/w/d)
    Deutsche Bundesbank, Frankfurt am Main
Detailsuche

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.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
Elektronenspin als Beispiel 
  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4.  


Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Der Nachfolger von Windows 10
Windows 11 ist da

Nun ist es offiziell: Microsoft kündigt das neue Windows 11 an. Vieles war bereits vorher bekannt, einiges Neues gibt es aber trotzdem.

Der Nachfolger von Windows 10: Windows 11 ist da
Artikel
  1. EE: Britische Netzbetreiber führen wieder Roaming ein
    EE
    Britische Netzbetreiber führen wieder Roaming ein

    Für britische Mobilfunk-Nutzer ist die Zeit des freien Telefonierens in der EU bald vorbei. EE und zuvor O2 und Three haben Einschränkungen angekündigt.

  2. Krypto-Betrug in Milliardenhöhe: Gründer von Africrypt stehlen 69.000 Bitcoin
    Krypto-Betrug in Milliardenhöhe
    Gründer von Africrypt stehlen 69.000 Bitcoin

    Die Gründer der Kryptoplattform Africrypt haben sich offenbar mit 69.000 gestohlenen Bitcoin abgesetzt. Der Betrug deutete sich schon vor Monaten an.

  3. Interview: Avatar und die global beleuchteten Mikrodetails von Pandora
    Interview
    Avatar und die global beleuchteten Mikrodetails von Pandora

    Waldplanet statt The Division: Golem.de hat mit dem Technik-Team von Avatar - Frontiers of Pandora über die Snowdrop-Engine gesprochen.
    Ein Interview von Peter Steinlechner

bassbenberlin 19. Jun 2021

Hi LadyDie. Welche Bedeutung Theta in der Bloch Kugel hat, leutet mir ein aber welche...

Lemo 23. Mai 2017

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

Gromran 17. Mai 2017

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


Folgen Sie uns
       


Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Schnäppchen • Mega-Wiedereröffnung bei MediaMarkt - bis zu 30 Prozent Rabatt • Samsung SSD 980 Pro PCIe 4.0 1TB 166,59€ • Gigabyte M27Q 27" WQHD 170Hz 338,39€ • AMD Ryzen 5 5600X 251,59€ • Dualsense Midnight Black + R&C Rift Apart 99,99€ • Logitech Lenkrad-Sets zu Bestpreisen [Werbung]
    •  /