Quantencomputer und Quantenteleportation: Quantenbits in der Ionenfalle Teil 2

Zusammenfassung 2016 besiegte das Computerprogramm AlphaGo einen der weltbesten Go‐Spieler. Damit rückte eine technische Revolution ins Bewusstsein der breiten Öffentlichkeit: Selbstlernende künstliche neuronale Netze sind zunehmend in der Lage, Menschen bei bestimmten Aufgaben zu schlagen. Zahlreiche Anwendungen, von der Bilderkennung bis zur automatischen Übersetzung, revolutionieren momentan die Technik – und auch Physik und Astronomie bieten viele potenzielle Einsatzmöglichkeiten. In der Astronomie können neuronale Netze das automatische Klassifizieren von Galaxien übernehmen. In der Statistischen Physik sind Magnetisierungsmuster von ferro‐ oder paramagnetischen Zuständen ein Beispiel. Ein anderes Beispiel ist die Suche nach Quantenfehler‐Korrekturstrategien in zukünftigen Quantencomputern. Unsere Forschung konnte zeigen, dass künstliche neuronale Netze mittels Reinforcement Learning hier bereits eigenständig neue Korrekturstrategien entwickeln können.

Section: Anwendungen In Der Quantenphysikunclassified

Kommt der künstliche Physiker?

Fösel

Marquardt

Weiß

2019

Vermessung einzelner Nanoinseln. Bestimmung von Halbleiterstrukturen mit Röntgenbeugung

Stangl

2009

Deshalb sucht die Forschung nach alternativen Möglichkeiten, um schnellere Bauteile herzustellen. Eine davon beruht auf gezielten Materialverspannungen, eine andere auf der Verwendung von Legierungen. Beide Ansätze sind auch kombinierbar. Das Prinzip ist in beiden Fällen ähnlich. Die Schaltzeit eines Bauteils hängt von der Strecke ab, die ein Ladungsteilchen -im Halbleiter ein Elektron oder Loch -durchlaufen muss, sowie von seiner Geschwindigkeit. Letztere wird vom angelegten elektrischen Feld und von der Beweglichkeit des Teilchens in seiner Umgebung bestimmt, etwa eines Elektrons im Halbleiterkristall. Diese Beweglichkeit hängt vor allem von der effektiven Masse der Ladungsträger ab. Die effektive Masse, also die Trägheit des Teilchens gegenüber Beschleunigung im elektrischen Feld, wird nicht allein von der Masse des freien Teilchens bestimmt, sondern auch stark von seinen Wechselwirkungen mit dem Atomgitter, das es durchquert. 46 | Phys. Unserer Zeit | 1/2009 (40) Röntgenstrahlen mit dem Wellenvektor k i werden mit einem Satz refraktiver Röntgenlinsen auf einen kleinen Bereich der Probe fokussiert, die gestreute Strahlung k f nimmt ein CCD-Detektor auf.

Geheime Nachrichten und schnelle Rechner. Quanteninformationstheorie Teil 2: Anwendungen

Duhme

Franz

Schmidt

et al. 2010

Quantenkryptographie und Quantencomputer sind zwei Forschungsgebiete der Quanteninformationstechnologie. Die Quantenkryptographie erzeugt Schlüssel, deren Geheimhaltung durch die Quantenmechanik garantiert wird. Erste kommerzielle Realisierungen sind erhältlich. Dagegen ist der Quantencomputer noch weit von der Verwirklichung entfernt, auch wenn die Grundbausteine bereits realisiert wurden. Theoretisch ist erwiesen, dass er manche Probleme wesentlich effizienter als klassische Computer lösen könnte. Das bekannteste Beispiel ist der Shor‐Algorithmus zur Primfaktorzerlegung, womit aktuelle kryptographische Systeme geknackt würden. Gute Chancen als erste praktische Anwendung haben Quantenrechner, die das Verhalten komplexer Quantensysteme simulieren.