Quanteninformation

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Noch ist ein funktionierender Quantencomputer Zukunftsmusik, doch die theoretischen Grundlagen für seine Funktion stehen bereit. Die Grundbausteine eines Quantencomputers lassen sich bereits mit gespeicherten Ionen oder mit neutralen Atomen in optischen Gittern realisieren. Letztere versprechen zudem die erste nichtriviale Anwendung der Quanteninformationsverarbeitung: die Simulation von bestimmten Vielteilchensystemen, die für klassische Computer unzugänglich sind.

Artikel

Ein Netzwerk aus Diamanten

  • Jonas N. Becker und Christoph Becher
  • 02 / 2017 Seite: 18
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Silizium-Fehlstellen-Farbzentren in Diamant-Mikrostrukturen ermöglichen integrierte Quantennetzwerke.

Vielseitige Quantenbits

  • David Mesterhazy, Florian Hebenstreit und Uwe-Jens Wiese
  • 10 / 2016 Seite: 17

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Ein 4-Qubit-Quantencomputer ermöglicht es, die Paarerzeugung von Teilchen und Antiteilchen zu berechnen.

Verschränkte Quanten im Wafer

  • Wolfgang Pfaff
  • 02 / 2016 Seite: 20
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Defekte in Siliziumkarbid könnten neue Quantentechnologien ermöglichen.

Quantengase unter dem Mikroskop

Neue Abbildungs- und Manipulationstechniken erlauben es, ultrakalte Quantengase bis hin zu einzelnen Atomen zu beobachten und zu kontrollieren.

  • Markus Greiner und Immanuel Bloch
  • 10 / 2015 Seite: 33
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Festkörperphysikern wird es sicher auch in Zukunft versagt bleiben, jedes einzelne Elektron direkt beobachten, geschweige denn manipulieren zu können. Mit mesoskopischen Systemen aus ultrakalten Atomen statt Elektronen ist dieser Traum dank neuer Detektionstechniken jedoch Wirklichkeit geworden. Dies eröffnet eine Vielzahl neuer Möglichkeiten, um Quanten-Vielteilchensysteme zu charakterisieren und zu manipulieren. Die Anwendungen reichen von der Quanten­optik, Quanteninformation und...

Teleportation im Doppelpack

  • Gregor Weihs
  • 05 / 2015 Seite: 18
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Mit einer technischen Meisterleistung ist es gelungen, Spin- und Bahndrehimpuls eines Photons auf ein anderes zu teleportieren.

Rechnen mit Quanten

In den letzten Jahren ist es gelungen, eine Reihe von Quantenzuständen und einfachen Quantenalgorithmen zu realisieren.

  • Rainer Blatt
  • 09 / 2012 Seite: 35
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In nicht allzu ferner Zukunft werden konventionelle Computer zwangsläufig an ihre Grenzen stoßen. Einen Ausweg könnten Quantencomputer bieten, die sich Superposition und Verschränkung zunutze machen. Quantencomputer mit einigen wenigen gespeicherten Ionen als elementaren Bausteinen liefern bereits heute vielversprechende Ergebnisse bei der Erzeugung nicht-klassischer Zustände sowie der Simulation von quantenmechanischen Systemen.

Spektroskopie – aber logisch!

Die kohärente Manipulation von gefangenen Ionen ermöglicht die Präzisionsspektroskopie bislang unzugänglicher Spezies.

  • Piet O. Schmidt
  • 06 / 2012 Seite: 47
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Optische Spektroskopie mit höchster Auflösung ist nur möglich an Atomen, die geeignete Übergänge zum Laserkühlen und zur Detektion des internen Zustands haben. Dies schränkte die Methode, z. B. im Hinblick auf hochgenaue Atomuhren, stark ein. Ein neues Verfahren, basierend auf Techniken der Quanteninformationsverarbeitung, hebt diese Beschränkung auf und macht eine Vielzahl weiterer Atome und Moleküle zugänglich. Das eröffnet faszinierende Möglichkeiten bei der Entwicklung optischer Uhren und...

Verschränkte Photonenspeicher

  • Jürgen Lisenfeld und Alexey V. Ustinov
  • 04 / 2011 Seite: 21
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Supraleitende Resonatoren haben großes Potenzial für die Quanteninformationsverbeitung.

Ein Baukasten für Quanteningenieure

  • Dietrich Leibfried
  • 12 / 2009 Seite: 45

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Quantencomputer sind nach wie vor Zukunftsmusik. Zwar ist es bereits gelungen, einfache Algorithmen zu implementieren, ein praxistauglicher Quantencomputer setzt jedoch eine skalierbare Quantentechnologie voraus, die es – analog zur gewöhnlichen Mikroelektronik – erlaubt, Quantenbits tausend- und millionenfach zu beherrschen. Ionenfallen sind hierfür ein vielversprechender Kandidat. Gleichzeitig ermöglichen sie Anwendungen über das ursprüngliche Ziel hinaus...

Quantenkommunikation mit Zwischenspeicher

  • Markus Aspelmeyer
  • 04 / 2008 Seite: 19

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Zwei neue Experimente zeigen einen Weg in Richtung Quantennetzwerke auf.

Schnittstelle für den Quantencomputer

  • Arno Rauschenbeutel
  • 09 / 2007 Seite: 23

Atome mit Licht zähmen

  • Dieter Meschede
  • 09 / 2007 Seite: 47

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Bereits seit einigen Jahren vollzieht sich sowohl in der Atomphysik als auch in der Quantenoptik eine spürbare Wandlung, die von der reinen Beobachtung der Phänomene wegführt. Inzwischen ist vielmehr der Wunsch, ein System präzise beeinflussen zu können, in den Mittelpunkt wissenschaftlicher Forschung gerückt. Die gezielte Manipulation von Quantensystemen ist dabei ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur Quanteninformationstechnologie – hier mit neutralen...

Laserlicht nach (Quanten-)Maß

  • Christine Silberhorn
  • 09 / 2007 Seite: 61

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Der Quantencharakter des Lichtes ermöglicht es, Information auf neuartige Weise sicherer und leistungsfähiger zu übertragen und zu verarbeiten. Die Konzepte der Quantenkommunikation- und -kryptographie basieren bislang auf Systemen mit diskreten Variablen, z. B. der Polarisation von Photonen. Doch Systeme mit kontinuierlichen Variablen versprechen große Übertragungsraten, und im diskret-kontinuierlichen Grenzbereich werden einfachere Bauelemente für die...

Einführungen in die Quanteninformationstheorie

  • Dagmar Bruß
  • 07 / 2007 Seite: 57

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P. Kaye, R. Laflamme, M. Mosca: An Introduction to Quantum Computing V. Vedral: Introduction to Quantum Information Science

Protokolle für die Quanteninformation

  • Wolfgang Dür und Hans-J. Briegel
  • 12 / 2006 Seite: 22

Ionen in Reih und Glied

  • Rainer Blatt
  • 11 / 2005 Seite: 37

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Ist eine Münze gezinkt oder nicht, d. h. weist sie Kopf und Zahl auf oder stimmen beide Seiten überein? Ein einfacher Quantenalgorithmus erlaubt es, diese Frage mit nur einem Blick auf die Münze statt zweien zu beantworten. Der ''Rechner'', auf dem dieser Algorithmus ausgeführt wird, besteht nicht aus Transistoren, sondern aus kalten, eingesperrten Ionen.

Atom-Chips, optische Gitter und Mikrolinsen

  • Gerhard Birkl
  • 11 / 2005 Seite: 45

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Nach den großen Erfolgen in der Quanteninformationsverarbeitung mit gespeicherten Ionen zeichnen sich vergleichbare Ergebnisse auch mit neutralen Atomen ab. Wie Ionen lassen sich Atome fast vollständig von der Umgebung abschirmen, und die verschiedenen Ansätze zur Implementierung atomarer Quantenprozessoren wie ''Atom-Chips'', Fallen aus Mikrolinsen oder optische Gitter versprechen eine hohe Flexibilität und Skalierbarkeit.

Qubits (fast) zum Anfassen

  • Gerd Schön und Alexander Shnirman
  • 11 / 2005 Seite: 51

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Bauelemente aus Festkörperstrukturen bieten für die Quanten­informationsverarbeitung mehrere Vorteile: Sie lassen sich schnell schalten, sie sind im Prinzip zu großen Systemen skalierbar und sie können in elektronische Kontroll- und Messkreise integriert werden. Allerdings führt die Kopplung an die externen Schaltkreise und die Umwelt auch zu Dekohärenz, deren Ursachen und Auswirkungen ein wesentlicher Schwerpunkt der aktuellen Forschung sind. Die größten Fortschritte wurden bislang mit Qubits...

Qubits, Gatter und Register

  • J. Ignacio Cirac und Peter Zoller
  • 11 / 2005 Seite: 31

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Zwar ist ein funktionierender Quantencomputer noch Zukunftsmusik, doch die theoretischen Grundlagen für seine Funktion, gewissermaßen sein Schaltplan, stehen bereit. Die Grundbausteine eines Quantencomputers lassen sich bereits mit gespeicherten Ionen oder mit neutralen Atomen in optischen Gittern realisieren. Letztere versprechen darüber hinaus die erste nichtriviale Anwendung der Quanteninformationsverarbeitung: die Simulation von bestimmten Vielteilchensystemen, die für klassische Computer...

Geheime Botschaften aus Licht

  • Dagmar Bruß und Harald Weinfurter
  • 11 / 2005 Seite: 57

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Durch die kommerzielle Bedeutung des Internet haben zuverlässige Methoden der Datenverschlüsselung Einzug in den Alltag gehalten. Ein gängiges Verschlüsselungsverfahren beruht darauf, dass es in endlicher Zeit kaum möglich ist, riesige Zahlen in ihre Primfaktoren zu zerlegen. Während es die Gesetze der Quantenmechanik im Prinzip erlauben, mit einem Quantencomputer dieses Verfahren zu knacken, liefern sie zugleich die Voraussetzungen für ein anderes, absolut sicheres Verschlüsselungsverfahren.

Mit Quanten ist zu rechnen

  • Dominik Janzing
  • 11 / 2005 Seite: 25

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Die Quantentheorie hat unzweifelhaft Physik und Technik revolutioniert und ebenso tiefschürfende Fragen in der Mathematik und Philosophie aufgeworfen. Mit dem Konzept des Quantencomputers erhält nun auch die Informatik neue Impulse. Die quantenmechanischen Gesetze erlauben nämlich grundsätzlich neu­artige Ansätze, um Probleme zu knacken, für die auf klassischen Computern bislang kein effizientes Lösungsverfahren bekannt ist.

Ein atomarer Abakus

  • Dietrich Leibfried und Tobias Schätz
  • 01 / 2004 Seite: 23

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Ein Quantencomputer wäre dank der quantenmechanischen Überlagerung vieler Zustände in der Lage, Probleme zu lösen, welche die Kapazität selbst der größten konventionellen Hochleistungsrechner sprengen. Nachdem es zum Beispiel mit Ionen in Fallen bereits gelungen ist, einzelne Quanten-Rechengatter zu realisieren, besteht die Herausforderung nun in der Skalierung auf größere Rechner-Architekturen.

News

Wiederholte Fehlerkorrektur für den Quantenrechner

Mit einer wiederholbaren Fehlerkorrektur können auftretende Fehler bei der Datenverarbeitung mit Quantencomputern schnell und elegant rückgängig gemacht werden.

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Einzelnes Atom speichert Quanteninformation

Mit einem denkbar winzigen Speicher könnte sich ein leistungsfähiger Quantencomputer konstruieren lassen.

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Quanten mit Perspektiven

Eine Stellungnahme der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina zeigt Innovationspotenziale der Quantentechnologien auf.

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Ein Manifest für Quanten

Die Europäische Kommission plant, Quantentechnologien langfristig mit einer Milliarde Euro zu fördern.

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Links

Max-Planck-Institut für Quantenoptik

Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching

Institut für Quantenoptik und Quanteninformation

Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI), Innsbruck

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07 / 2017

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Schwerpunkt Atmosphärenphysik

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