In der Quantenwelt gelten viele Gesetze der klassischen Physik nicht mehr. Als Metapher wird hierzu häufig Schrödingers Katze herangezogen. Es sei eine Katze in einer Kiste, die vollständig von der Außenwelt abgeschottet ist. In dieser Kiste befinden sich eine Katze und ein Behältnis mit einem giftigen Gas, das die Katze auf der Stelle tötet. Das Behältnis geht mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% kaputt. Nun wissen wir jedoch nicht, ob dies eingetreten ist oder nicht. Deswegen ist die Katze in einem Art Zombie-Zustand (Superposition) tot und lebendig zugleich. Erst beim ¨Öffnen der Kiste, geht Sie in einen der zwei Zustände ¨über. Natürlich ist eine Katze zu groß, um Quanteneffekte zu zeigen, dennoch ist dies eine einprägsame Metapher.
Ähnlich verhält es sich bei Quantencomputern. Diese zusätzliche Eigenschaft verleiht ihnen Möglichkeiten, die klassische Computer nicht haben, wie z.B. das Benutzen echter Zufallszahlen, knacken klassischer Verschlüsselungsverfahren und das Aufstellen neuer und wiederum sicherer Verschlüsselungsverfahren. Jedoch wurden Quantencomputer in der Realität nur bis auf wenige Bits (Qubits) im Labor gebaut, weshalb die meisten Inhalte dieser Arbeit theoretisch ausfallen.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Das Quantenbit
- 2.1 Rechenoperationen
- 2.2 Ein Zufallsgenerator
- 2.2.1 In der Theorie
- 2.2.2 In der Praxis
- 3 Quantenregister
- 4 Verschränkung
- 4.1 Teleportation
- 5 Messen bezüglich verschiedener Basen
- 6 Quantenkryptographie - Das BB84 Protokoll
- 6.1 In der Theorie
- 6.2 In der Praxis
- 6.3 Eves Angriff
- 6.4 Ausblick auf Variante mit Verschränkung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit befasst sich mit der Einführung in Quantenbits und Quantencomputer sowie mit der Quantenverschlüsselung. Ziel ist es, die grundlegenden Konzepte und Prinzipien dieser Bereiche zu erläutern und deren Potenziale und Herausforderungen aufzuzeigen.
- Das Quantenbit als grundlegende Einheit der Quanteninformation
- Rechenoperationen mit Quantenbits und die Rolle der Hadamard-Matrix
- Die Anwendung von Quantenbits zur Generierung von Zufallszahlen
- Das Konzept der Verschränkung und seine Anwendung in der Teleportation
- Die Funktionsweise der Quantenkryptographie mit dem BB84-Protokoll
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung stellt den Kontext der Arbeit dar und führt in die grundlegenden Konzepte der Quantenmechanik ein. Kapitel 2 behandelt das Quantenbit als zentrale Einheit der Quanteninformation, beschreibt seine Eigenschaften und erläutert die Anwendung von Rechenoperationen mit Quantenbits. Kapitel 3 befasst sich mit Quantenregistern, die aus mehreren Quantenbits bestehen. Kapitel 4 untersucht die Verschränkung als ein wichtiges Phänomen der Quantenmechanik und seine Anwendung in der Teleportation. Kapitel 5 behandelt das Messen von Quantenbits in verschiedenen Basen. Kapitel 6 widmet sich der Quantenkryptographie und erläutert das BB84-Protokoll als ein Verfahren zur sicheren Kommunikation unter Nutzung der Quantenmechanik.
Schlüsselwörter
Quantenbit, Quantencomputer, Quantenverschlüsselung, Hadamard-Matrix, Zufallsgenerator, Verschränkung, Teleportation, BB84-Protokoll, Kryptographie
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- Stefan Engels (Autor), 2016, Quantencomputer und Quantenverschlüsselung. Eine Einführung, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/320767
