Quanteninformationstheorie
Quanten|informationstheorie, Quanten|informatik, Forschungsrichtung an der Schnittstelle zwischen Informations- und Quantentheorie, die die Informationsübermittlung durch quantenmechanische Systeme
(16 von 112 Wörtern)Das Qubit – die Einheit der Quanteninformation
Die elementare Einheit der Quanteninformation (englisch quantum information [ˈkwɔntem ɪnfəˈmeɪʃn]) ist das Qubit (Abkürzung für Quantenbit), ein quantenmechanisches System mit zwei Freiheitsgraden (2-Niveau-System). Im Unterschied zum klassischen
(27 von 255 Wörtern)Der Begriff Quanteninformation
Nachrichten brauchen einen physikalischen (materiellen) Träger: Zum Briefeschreiben benötigt man z. B. Papier, und auch andere Botschaften sind auf einen Träger angewiesen, wie etwa Schallwellen, Stromimpulse oder Radiowellen. In der modernen Informationstechnologie wird zwischen all diesen Trägersystemen fast mühelos hin- und hertransformiert. Diese Übersetzungsmöglichkeit ist die Voraussetzung für die abstrakte Informationstheorie, in der die effiziente Codierung und sichere Übermittlung von Nachrichten unabhängig vom physikalischen Träger untersucht wird. Für diese Theorie ist ein Bit ein Bit, unabhängig davon, ob es auf Papier
(80 von 710 Wörtern)Ressourcen der Quanteninformationstheorie
In der Informationstheorie wird nach der optimalen Möglichkeit gefragt, eine Übertragungsaufgabe mit gegebenen Mitteln zu lösen, und es wird versucht, dieses Optimum auch quantitativ zu erfassen.
Kanal
Eine typische Ressource ist ein Kanal, d. h. ein Gerät, das Inputzustände in Outputzustände überführt, wobei das Auslesen weit entfernt geschehen kann (Kommunikation) oder viel später (Speicher). Ein Kanal kann auch »verrauscht« sein, also statistisch verteilte Übertragungsfehler einführen. Durch Einsatz sogenannter fehlerkorrigierender Codes (Fehlererkennung) lässt sich dennoch eine fast ideale Übertragung erreichen. Im einfachsten
(78 von 594 Wörtern)Quantenkommunikation
Die Anwendung der Quantenmechanik für Zwecke der Kommunikation bezeichnet man auch als Quantenkommunikation (englisch quantum communication [- kəmjuːnɪˈkeɪʃn]). Neben der oben beschriebenen Quantenteleportation fällt hierunter auch die Quantenkryptografie, d. h. die Übermittlung
(31 von 271 Wörtern)Das Konzept des Quantencomputers
Ein Quantencomputer ist völlig analog zu einem klassischen Computer aufgebaut, nur dass alle Register durch Quantensysteme und die einzelnen Rechenschritte durch quantenmechanische Operationen (unitäre Wechselwirkungen) realisiert werden, die jeweils nur wenige Registerstellen betreffen. Ein Quantenalgorithmus besteht in der Beschreibung der Abfolge solcher Gatteroperationen (Quantengatter). Man kann zeigen, dass beliebige Rechnungen ausführbar sind, wenn man beliebige Operationen auf einzelnen Qubits und eine bestimmte Operation auf Qubit-Paaren (bedingte Negation, CNOT; englisch für controlled NOT) beherrscht. Das Endergebnis einer Rechnung wird durch quantenmechanische
(80 von 1998 Wörtern)Historische Entwicklung
Die entscheidenden Unterschiede zwischen Quantensystemen und klassischen Systemen, die bei der Quanteninformationsverarbeitung ausgenutzt werden, wurden erstmals 1935 in einer Arbeit von A. Einstein, B. Podolsky und N. Rosen (EPR-Paradoxon) formuliert. Da die Arbeit als Angriff auf die »Vollständigkeit« der damals noch jungen Quantenmechanik formuliert war, waren die meisten Physiker froh über eine angebliche Widerlegung durch N. Bohr und haben diese Arbeit wenig beachtet. Eine Ausnahme bildete E. Schrödinger, der noch im gleichen Jahr nicht
(69 von 529 Wörtern)Ausblick
Die Ausnutzung quantenmechanischer Strukturen für Aufgaben der Informationsverarbeitung steht erst am Anfang. Auch wenn die ersten
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