Numerische Techniken

Viele wissenschaftliche oder technische Fragen lassen sich mit Experimenten nur unzureichend oder gar nicht beantworten. Das ist etwa der Fall, wenn Laborversuche zu kostspielig sind, wie etwa das Prüfen von zigtausenden Kandidaten für einen Arzneistoff, ...

Post-Quanten-Kryptographie

Ein Quantencomputer ausreichender Leistungsstärke wird in der Lage sein, bestimmte Verschlüsselungsverfahren schnell zu knacken. Er würde die Datensicherheit im Internet massiv bedrohen. Denn ausgerechnet die heute meistgenutzten Arten „asymmetrischer ...

Quanten-Internet

Ein Quanten-Internet würde den weltweiten Austausch von Qubits ermöglichen. Es hätte zweifachen Nutzen. Erstens wäre die Verschlüsselung von Botschaften mittels Quantenkryptographie möglich. Zweitens könnten viele kleine Quantencomputer, wie es sie schon ...

Quantencomputer

Im Prinzip kann ein normaler Computer alles berechnen, was sich berechnen lässt. Deshalb lässt er für so vieles einsetzen: um Texte zu verarbeiten, um Geräte zu steuern oder um das Wetter für die nächsten Tage zu prognostizieren. Dass sich etwas berechnen ...

Quantenkommunikation

Quantenkommunikation nutzt die Gesetze der Quantenphysik, um Daten sicher zu übertragen. Laut diesen Gesetzen ist das Qubit in einem Überlagerungszustand aus den beiden Werten 0 und 1. Das Qubit trägt somit eine Quanteninformation, nämlich darüber, in wel ...

Quantenkryptographie

Das Absichern von Daten vor dem Zugriff Unberechtigter ist ein unverzichtbarer Teil der digitalen Welt. Heute schützen Verschlüsselungen vor Lauschern oder Datendieben. Die Schlüssel basieren auf hochkomplexen mathematischen Codes, die nur mit einem ...

Quantenparallelismus

Der Zustand eines Objekts wird in der klassischen Physik durch messbare Größen wie Geschwindigkeit oder Ort charakterisiert. Winzige Bausteine der Natur wie Atome oder Moleküle gehorchen jedoch der Quantenmechanik. Im Rahmen dieser Theorie wird der ...

Quantensensoren

Was den Bau eines Quantencomputers behindert, ist die Grundlage für eine andere Quantentechnologie: Atome und andere winzige Bausteine der Natur reagieren äußerst empfindlich auf Reize aus ihrer Umwelt. Das ermöglicht äußerst empfindliche Sensoren, so ...

Quantenüberlegenheit

Mit Quantencomputern sollen sich bestimmte Aufgaben lösen lassen, die kein klassischer Computer innerhalb einer annehmbaren Zeit berechnen kann. Den Vorteil des Quantenrechners bei diesen speziellen Problemen nennen manche Experten „Quantenüberlegenheit“. ...

Quantenzustand

Der Mikrokosmos von Atomen, Elektronen oder anderen Bausteinen der Materie gehorcht den Gesetzen der Quantenmechanik. Der Zustand eines Teilchens ist unscharf. Das heißt es existiert in mehreren Zuständen gleichzeitig. Die Quantenmechanik sagt das ...

Quantum Simulations

Großrechner sind eine dritte Säule für die Naturwissenschaften, neben Theorie und Experiment. Denn mit ihnen lassen sich komplexe Systeme simulieren, etwa die Entwicklung des Weltklimas (siehe numerische Techniken). Bei der Simulation von komplexen ...

Qubit

Ein normaler Computer arbeitet mit nur zwei Zahlen: Null und Eins. Er muss seine Rechenschritte hintereinander ausführen. Denn seine Speichereinheiten bestehen aus elektronischen Schaltern, von denen jeder entweder an oder aus sind, aber nie beides ...

Viel-Qubit-System

Ein Qubit kann die beiden Werte „0“ und „1“ simultan speichern. Indem man das Qubit manipuliert, es z.B. mit einem Laserpuls definierter Dauer bestrahlt, kann man die gespeicherte Information auch verarbeiten. Jedes weitere Qubit verdoppelt zunächst die ...

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Quantentechnologie

Hintergrund und Strategie

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