Von der Quantenmechanik zum Quantencomputer

Die Quantenmechanik gilt gemeinhin als schwer verständlich, die Quantenwelt erscheint uns äußerst skurril, wenn wir von unseren Alltagsvorstellungen ausgehen. Auch Fachleute greifen oft auf zu einfache Erklärungsmuster zurück und sind sich oft nicht einig, wie die Phänomene zu deuten sind. All das trägt zu einer gewissen Mystifizierung dieser Theorie bei.

Oft ist es aber nur eine Frage der Betrachtungsweise, die darüber entscheidet, ob uns etwas einleuchtend erscheint oder nicht. Genau an diesem Punkt setzt das Buch ein. Es legt dar, wo die wirklichen Probleme liegen und welche, mit geeigneter Betrachtungsweise, zumindest plausibel erscheinen.

Zunächst werden die Grundkonzepte der Quantentheorie aus ihrer historischen Entwicklung und den beobachtbaren Phänomenen abgeleitet. Anschließend erfolgt eine Einführung in die Grundlagen der Quanteninformatik, mit den wichtigsten Anwendungen wie Verschränkung, Quantenteleportation und Quantenkryptografie, sowie weiteren Beispielen.

Danach wird die IBM Quantum Platform vorgestellt und die Funktionen des Quantum Composers sowie des Quantum Labs erklärt. Ausgehend von vielen (explizit ausgearbeiteten) Beispielen kann man auf dieser Plattform selbst experimentieren und mit Visualisierungselementen (z. B. BlochSphere, Histogram und QSpere) "spielen". Quantenteleportation, Kryptografie und weitere, aktuelle Algorithmen können damit simuliert und Schritt für Schritt nachvollzogen werden.

Schließlich wird auf die verschiedenen Möglichkeiten eingegangen, wie sich Qubits realisieren lassen, so z. B. photonische Qubits, Ionenfallen und supraleitende Schaltkreise wie die Transmon-Qubits. Abgerundet wird das Thema mit einer ausführlichen Darstellung der Grundannahmen der Quantentheorie und ihrer formalen Darstellung. Das Buch gibt einen umfassenden Überblick über die grundlegenden Konzepte, die wichtigsten Anwendungen und die formale Struktur der Quantenmechanik.

Der Autor

Dr. Herbert Rubin hat sich während seiner langjährigen Tätigkeit am MINT-Lernzentrum der ETH-Zürich auf dem Gebiet der modernen Lehr- und Lernforschung sowie der Lernpsychologie spezialisiert und dabei viele Erfahrungen bei der Vermittlung von komplexen Zusammenhängen gesammelt. Diese wollte er auch in diesem Buch nutzen, mit dem Ziel, die Quantenphysik und ihre aktuellen Anwendungen in der Quanteninformatik klar und verständlich darzulegen.