1,99 €
Mehr erfahren.
- Herausgeber: tredition
- Kategorie: Geisteswissenschaft
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2025
Die digitale Revolution hat das 20. Jahrhundert geprägt – doch der nächste große Schritt steht bereits bevor: der Quantencomputer. Diese bahnbrechende Technologie verspricht, die Rechenleistung auf eine völlig neue Ebene zu heben und Probleme zu lösen, die für klassische Computer unüberwindbar wären. Doch was genau steckt hinter diesem revolutionären Konzept? Wie unterscheidet sich ein Quantencomputer von herkömmlichen Rechnern? Und wie konnte sich aus der abstrakten Theorie der Quantenmechanik eine Technologie entwickeln, die in Zukunft ganze Industrien transformieren könnte? Dieses Buch nimmt Sie mit auf eine spannende Reise – von den ersten wissenschaftlichen Überlegungen bis hin zu den neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Quanteninformatik. Ohne komplizierte Formeln oder physikalisches Fachwissen vermittelt es anschaulich die Grundlagen, Funktionsweise und potenziellen Anwendungen des Quantencomputers. Begleiten Sie uns auf diesem faszinierenden Weg und entdecken Sie, wie die Macht der Quantenmechanik unsere Welt verändern wird. Ein Sachbuch für alle, die verstehen möchten, warum der Quantencomputer mehr ist als nur eine technische Innovation – er ist der Schlüssel zu einer völlig neuen Art des Denkens und Rechnens.
Das E-Book können Sie in Legimi-Apps oder einer beliebigen App lesen, die das folgende Format unterstützen:
Seitenzahl: 65
Ähnliche
Eine Betrachtung
von
Lutz Spilker
DIE ERFINDUNG DES QUANTENCOMPUTERS
UNKONVENTIONELL, RAHMENSPRENGEND UND ZEITLOS
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek:
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar.
Softcover ISBN: 978-3-384-48760-5
Ebook ISBN: 978-3-384-48761-2
© 2025 by Lutz Spilker
https://www.webbstar.de
Druck und Distribution im Auftrag des Autors:
tredition GmbH, An der Strusbek 10, 22926 Ahrensburg, Germany
Die im Buch verwendeten Grafiken entsprechen denNutzungsbestimmungen der Creative-Commons-Lizenzen (CC).
Sämtliche Orte, Namen und Handlungen sind frei erfunden. Ähnlichkeiten mit lebenden oder verstorbenen Personen sind daher rein zufällig, jedoch keinesfalls beabsichtigt.
Das Werk einschließlich aller Inhalte ist urheberrechtlich geschützt. Nachdruck oder Reproduktion (auch auszugsweise) in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie oder anderes Verfahren) sowie die Einspeicherung, Verarbeitung, Vervielfältigung und Verbreitung mit Hilfe elektronischer Systeme jeglicher Art, gesamt oder auszugsweise, sind ohne ausdrückliche schriftliche
Genehmigung des Autors oder des Verlages untersagt. Alle Rechte vorbehalten.
Inhalt
Inhalt
Vorwort
Einführung in das Thema: Wie arbeitet ein Quantencomputer?
Die Anfänge der Rechentechnik: Vom Abakus zum klassischen Computer
Die frühen Rechenhilfen
Mechanische Rechenmaschinen
Die Geburt der Lochkarten und frühen Computer
Der Übergang zum klassischen Computer
QuBits: Keine klassischen Bits, sondern etwas völlig Neues
Die Grenzen klassischer Computer: Warum brauchen wir eine Alternative?
Leistungsgrenzen der klassischen Architektur
Das Ende von Moores Gesetz?
Die exponentielle Komplexität
Die Energieproblematik
Der Bedarf an einer Alternative
Die Geburt der Quantenmechanik: Eine neue Sicht auf die Physik
Ein unerwartetes Problem: Das Schwarzkörperproblem
Max Plancks revolutionärer Schritt
Einsteins Lichtquanten und der photoelektrische Effekt
Heisenbergs Unschärferelation und die Wahrscheinlichkeitswelt
Schrödingers Wellenmechanik und das berühmte Gedankenexperiment
Die Konsequenzen der Quantenmechanik
Schrödingers Katze und die Quantenwelt: Grundkonzepte der Quantenmechanik
Ein Paradoxon zum Nachdenken
Die Bedeutung der Superposition
Der Einfluss des Beobachters
Ein weiteres Rätsel der Quantenwelt
Die Bedeutung für den Quantencomputer
Feynmans Vision: Die Idee eines Quantencomputers
Die Grenzen klassischer Computer
Ein Computer, der nach den Gesetzen der Quantenmechanik arbeitet
Die ersten Reaktionen und das langsame Wachsen einer neuen Disziplin
Erste theoretische Grundlagen: David Deutsch und die Quantenlogik
Die Motivation hinter Deutschs Arbeit
Die erste formale Definition
Die Grundlage für Quantenalgorithmen
Die langfristige Bedeutung von Deutschs Arbeit
Das Quantenbit (Qubit): Was macht es so besonders?
Die Magie der Superposition
Die geheimnisvolle Verbindung
Warum Qubits so leistungsfähig sind
Die Herausforderung der Quantenkohärenz
Ein kleiner Baustein mit gewaltigem Potenzial
Superposition und Verschränkung: Die Magie der Quantenmechanik
Superposition
Verschränkung
Die Bedeutung für Quantencomputer
Herausforderungen und Zukunftsaussichten
Quanten-Gatter und Algorithmen: Wie Quantencomputer rechnen
Die Bausteine der Quantenrechnung
Wie Quantencomputer Probleme lösen
Berühmte Quantenalgorithmen
Die Herausforderungen der Quantenberechnung
Ein Blick in die Zukunft
Die ersten Experimente: Auf dem Weg zur praktischen Umsetzung
Die ersten Versuche mit Qubits
Das erste Zwei-Qubit-Gatter
Die ersten Algorithmen in der Praxis
Die wachsende Rolle der Industrie
Vom Experiment zur Technologie der Zukunft
Technologische Hürden: Warum ist der Bau eines Quantencomputers so schwierig?
Die aufwendige Produktion eines einzelnen Qubits
Warum kann ein Qubit nicht einfach eingebaut werden?
Die Herausforderung der Skalierung
Eine Zukunft voller Herausforderungen – und Möglichkeiten
Supraleitende Qubits: Eine führende Technologie
Die Physik hinter supraleitenden Qubits
Warum supraleitende Qubits?
Herausforderungen und Grenzen
Die Zukunft supraleitender Qubits
Ionengefangene Qubits: Ein alternativer Ansatz
Die Funktionsweise ionengefangener Qubits
Vorteile ionengefangener Qubits
Herausforderungen und Grenzen
Die Zukunft ionengefangener Qubits
Photonenbasierte Quantencomputer: Licht als Recheneinheit
Die Grundlagen photonischer Qubits
Vorteile und Herausforderungen
Anwendungen und Zukunftsperspektiven
Dekohärenz und Fehlerkorrektur: Die größten Herausforderungen
Das flüchtige Wesen der Quanteninformation
Der Kampf gegen unaufhaltsame Störungen
Die Zukunft der Fehlerkorrektur
Unternehmen im Wettlauf: Google, IBM und die Konkurrenz
Die Pionierleistung der Quantenüberlegenheit
Der Weg zur praktischen Anwendbarkeit
Rigetti, IonQ und staatliche Programme
Die Zukunft des Wettbewerbs
Quantencomputer in der Praxis: Erste Anwendungen und Demonstrationen
Ein neuer Ansatz für komplexe Berechnungen
Simulation von Molekülen
Die Bedrohung und die Lösung
Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen
Die Zukunft hat begonnen
Kryptographie und Sicherheit: Die Auswirkungen auf Verschlüsselungssysteme
Die Bedrohung durch Quantencomputer
Schutz vor neuen Bedrohungen
Die ultimative Sicherheit?
Eine neue Ära der Sicherheit
Zukunftsperspektiven: Wann sind Quantencomputer alltagstauglich?
Die technologischen Herausforderungen
Wirtschaftliche und industrielle Integration
Quantencomputer für den privaten Gebrauch?
Ein schrittweiser Wandel
Ethik und gesellschaftliche Fragen: Risiken und Chancen der Quantenrevolution
Der Einfluss auf Datenschutz und Sicherheit
Wirtschaftliche und soziale Ungleichheit
Verantwortungsvolle Forschung und Entwicklung
Chancen einer neuen Ära
Eine Verantwortung für die Zukunft
Epilog
Über den Autor
In dieser Reihe sind bisher erschienen
Je mehr man den Quanten nachjagt,
desto besser verbergen sie sich.
Albert Einstein
Albert Einstein (* 14. März 1879 in Ulm; † 18. April 1955 in Princeton, New Jersey) war ein theoretischer Physiker. Er gilt als einer der bedeutendsten Physiker der Wissenschaftsgeschichte und weltweit als einer der bekanntesten Wissenschaftler der Neuzeit. Seine Forschungen zur Struktur von Materie, Raum und Zeit sowie zum Wesen der Gravitation veränderten maßgeblich das zuvor geltende newtonsche Weltbild. 1999 wurde Albert Einstein in einer durch die Fachzeitschrift ›Physics World‹ durchgeführten Umfrage unter führenden Physikern vor Isaac Newton, James Clerk Maxwell, Niels Bohr und Werner Heisenberg zum bedeutendsten Physiker aller Zeiten gewählt.
Vorwort
Die Menschheit steht an der Schwelle zu einer technologischen Revolution, die unsere bisherige Vorstellung von Rechenleistung, Problemlösung und Informationsverarbeitung grundlegend verändern wird. Der Quantencomputer ist nicht einfach nur eine Weiterentwicklung des klassischen Computers, sondern eine vollkommen neue Art des Denkens und Berechnens. Sein Potenzial reicht weit über das hinaus, was mit herkömmlichen Silizium-Chips je erreichbar wäre. Und doch fußt auch dieser Fortschritt – wie so viele bahnbrechende Erfindungen zuvor – auf einem grundlegenden Prinzip: der Elektrizität.
Es ist faszinierend, sich vor Augen zu führen, dass jede bedeutende technologische Errungenschaft der Menschheit auf der Beherrschung und Nutzung elektrischer Energie beruht. Ohne sie säßen wir heute noch in dunklen Höhlen, und die Welt, wie wir sie kennen, mit all ihren modernen Wundern, wäre undenkbar. Dies soll jedoch kein vorwurfsvoller Blick auf die Vergangenheit sein, sondern vielmehr eine Würdigung der Tatsache, dass die Entdeckung und Nutzung der Elektrizität der Schlüssel zur Entfaltung unseres Potenzials war – und weiterhin ist.
Der Quantencomputer ist der nächste große Schritt in dieser Entwicklung, ein Schritt, der unsere Möglichkeiten exponentiell erweitern könnte.
Doch was genau macht den Quantencomputer so revolutionär? Worin unterscheidet er sich von den Computern, die uns seit Jahrzehnten begleiten und deren Funktionsweise wir – zumindest oberflächlich – zu verstehen glauben? Die Antwort liegt tief in den Gesetzen der Quantenmechanik verborgen, einem Bereich der Physik, der sich durch Phänomene auszeichnet, die unserer alltäglichen Erfahrung völlig fremd sind. Während klassische Computer mit Bits arbeiten, die entweder den Wert 0 oder 1 annehmen, operiert der Quantencomputer mit sogenannten Qubits, die sich in einer Überlagerung dieser Zustände befinden können. Diese Fähigkeit zur ›Superposition‹, kombiniert mit der quantenmechanischen Verschränkung, ermöglicht es Quantencomputern, Berechnungen auf eine Weise durchzuführen, die klassische Rechner in den Schatten stellt.
Doch mit großen Möglichkeiten kommen auch große Herausforderungen. Der Bau eines funktionierenden Quantencomputers ist keine triviale Aufgabe. Die Kontrolle einzelner Qubits, deren Herstellung und Stabilisierung sowie der Schutz vor Dekohärenz gehören zu den größten technischen Herausforderungen unserer Zeit. Dennoch wurden in den vergangenen Jahren bedeutende Fortschritte erzielt, die uns der praktischen Anwendung dieser bahnbrechenden Technologie näherbringen.
