In diesem Glossar findest du eine Auswahl grundlegender Begriffe aus der Welt des Quantencomputings und eine kurze Erkl\u00e4rung ihrer Bedeutung. Es soll dir helfen, die in unseren Artikeln verwendeten Fachbegriffe einzuordnen.
\n\n\n\nQubit
Das Qubit ist das quantenmechanische Pendant des klassischen Bits. Es kann nicht nur die Zust\u00e4nde 0 und 1 annehmen, sondern dank \u00dcberlagerungen (Superposition) aus beiden Zust\u00e4nden gleichzeitig bestehen. Verschr\u00e4nkung zwischen mehreren Qubits erm\u00f6glicht dar\u00fcber hinaus komplexe Korrelationen, die f\u00fcr Quantenalgorithmen genutzt werden.
Superposition
Die Superposition beschreibt die M\u00f6glichkeit, dass ein Qubit mehrere Zust\u00e4nde gleichzeitig einnimmt. Erst durch eine Messung kollabiert der Zustand auf 0 oder 1. Superposition ist die Grundlage vieler Quantenalgorithmen.
Verschr\u00e4nkung
Verschr\u00e4nkte Qubits sind so eng verbunden, dass der Zustand des einen Qubits den Zustand des anderen sofort bestimmt\u00a0\u2013 unabh\u00e4ngig von der Entfernung. Dieses Ph\u00e4nomen erm\u00f6glicht Protokolle wie Quantenkommunikation, Quanten-Teleportation und schnelle Zufallszahlenerzeugung.
Quanten\u2011Gatter
Quanten\u2011Gatter sind die grundlegenden Operationen in einem Quantenalgorithmus. Sie manipulieren Qubits, \u00e4hnlich wie logische Gatter in klassischen Computern. Beispiele sind das Hadamard\u2011 und das CNOT\u2011Gatter. Eine universelle Menge von Gattern erlaubt die Realisierung beliebiger unit\u00e4rer Transformationen.
NISQ
Die Abk\u00fcrzung steht f\u00fcr \u201eNoisy Intermediate\u2011Scale Quantum\u201c und beschreibt die aktuelle Generation von Quantenprozessoren mit einer begrenzten Anzahl an Qubits und ohne vollst\u00e4ndige Fehlerkorrektur. Diese \u00c4ra ist gepr\u00e4gt von hybriden Algorithmen und experimentellen Demonstrationen.
Quantenfehlerkorrektur
Qubits sind anf\u00e4llig f\u00fcr St\u00f6rungen wie Dekoh\u00e4renz und Gatterfehler. Um die Fehlerrate zu reduzieren, werden Fehlerkorrekturverfahren entwickelt, um logische Qubits aus vielen physischen Qubits zu bilden. Bekannte Codes sind der Surface\u2011Code und der Color\u2011Code.
Quantum Supremacy
Dieser Begriff bezeichnet den Meilenstein, bei dem ein Quantencomputer eine spezifische Aufgabe schneller l\u00f6st als jeder klassische Supercomputer. Googles Sycamore\u2011Chip erreichte dies 2019 bei einer speziellen Zufallsberechnung; die praktische Bedeutung wird noch diskutiert.
Variationale Quantenalgorithmen
Diese hybriden Algorithmen kombinieren klassische Optimierung mit parametrisierten Quantenschaltungen. Beispiele sind der Variational Quantum Eigensolver (VQE) zur Berechnung von Energiezust\u00e4nden und der Quantum Approximation Algorithm (QAOA) f\u00fcr Optimierungsprobleme. Mehr Informationen findest du im Artikel zu VQE & QAOA.
Bloch\u2011Sph\u00e4re
Die Bloch\u2011Sph\u00e4re ist eine geometrische Darstellung des Zustands eines Qubits als Punkt auf einer Kugel. Sie veranschaulicht die Superposition und die Phase eines Qubits und hilft dabei, Rotationen durch Gatter zu verstehen. Siehe unseren Beitrag \u00fcber die Bloch\u2011Sph\u00e4re f\u00fcr Details.
Dekoh\u00e4renz
Dekoh\u00e4renz beschreibt den Verlust quantenmechanischer Eigenschaften durch Wechselwirkungen mit der Umgebung. Sie f\u00fchrt dazu, dass Superpositionen und Verschr\u00e4nkung zerst\u00f6rt werden. Fortschritte in der Quantenhardware zielen darauf ab, die Koh\u00e4renzzeiten zu verl\u00e4ngern.
Qubit\u2011Technologien
Es gibt verschiedene physikalische Realisierungen von Qubits, darunter supraleitende Schaltkreise, Ionenfallen, Halbleiter\u2011Spin\u2011Qubits und photonenbasierte Qubits. Jede Technologie hat Vor\u2011 und Nachteile hinsichtlich Skalierbarkeit, Koh\u00e4renzzeit und Betriebsbedingungen.
Quantum Key Distribution (QKD)
QKD ist ein Verfahren zur sicheren Schl\u00fcsselverteilung, das die Gesetze der Quantenmechanik nutzt. Bekannte Protokolle wie BB84 oder E91 erm\u00f6glichen es, abh\u00f6rsichere Schl\u00fcssel zu generieren, da jede Messung den Zustand eines Qubits beeinflusst. Weitere Informationen findest du in unserem Artikel \u00fcber Quantenkommunikation und QKD.
Quanten-Teleportation
Quanten-Teleportation erlaubt es, den Zustand eines Qubits mithilfe von Verschr\u00e4nkung und klassischer Kommunikation an einen entfernten Ort zu \u00fcbertragen, ohne das Original zu kopieren. Sie ist ein wichtiger Baustein f\u00fcr das Quanteninternet.
Shor\u2011Algorithmus
Der Shor\u2011Algorithmus ist ein Quantenalgorithmus zur Faktorisierung gro\u00dfer Ganzzahlen in polynomialer Zeit. Er bedroht traditionelle RSA\u2011Kryptosysteme, weshalb an Post\u2011Quantum\u2011Kryptografie gearbeitet wird. Lies unseren ausf\u00fchrlichen Beitrag \u00fcber den Shor\u2011Algorithmus f\u00fcr mehr Details.
Grover\u2011Algorithmus
Grovers Algorithmus erm\u00f6glicht eine quadratische Beschleunigung bei unsortierten Suchproblemen. Er wird h\u00e4ufig als Beispiel f\u00fcr den Vorteil von Quantencomputern gegen\u00fcber klassischen Computern genannt. Eine ausf\u00fchrliche Erkl\u00e4rung findest du im Artikel Grover\u2011Algorithmus.
Post\u2011Quantum\u2011Kryptografie
Da Quantenalgorithmen wie Shor klassische Verschl\u00fcsselungsverfahren brechen k\u00f6nnten, werden neue kryptografische Verfahren entwickelt, die auch gegen Quantencomputer sicher sind. Beispiele sind Gitterbasierte oder Code\u2011basierte Kryptosysteme. Mehr dazu im Artikel Post\u2011Quantum\u2011Kryptografie.
Dieses Glossar wird fortlaufend erweitert; weitere Begriffe wie Quantenannealing, Photonic Chips oder Topologische Qubits werden in kommenden Aktualisierungen erg\u00e4nzt. Schau regelm\u00e4\u00dfig vorbei, um dein Wissen zu vertiefen.