Quantencomputing kompakt und einfach erklärt Bettina Just: Spukhafte Fernwirkung und Teleportation endlich verständlich

„Quantencomputing kompakt“ lautet der Titel eines aktuellen Buchs, das Professor Bettina Just veröffentlicht hat. Die Mathematikerin und Informatikerin, die an der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) lehrt und forscht, behandelt darin ein Teilgebiet der Informationstechnik mit großem Entwicklungspotenzial.

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„Ich habe das Buch geschrieben, welches ich selbst gerne gelesen hätte, als ich begonnen habe, mich mit Quanten zu befassen. Denn von dieser seltsamen und faszinierenden Welt habe ich zunächst gar nichts verstanden, obwohl ich die Mathematik beherrschte“, so Autorin Just.

Dass sie sich der schwierigen Materie mit dem Anspruch widmet, sie für eine lernbereite Leserschaft mit bloß elementaren Kenntnissen der Mathematik verständlich zu machen, hat ihrer Publikation viel Aufmerksamkeit eingebracht. Bei Quanten handelt es sich um Teilchen, die kleiner als Atome sind. Ihre physikalischen Eigenschaften werden genutzt, um Quantencomputer zu bauen. Darunter versteht man Superrechner der Zukunft, deren erste Versionen schon entwickelt sind.

In ihrem Buch befasst sich Just zunächst mit physikalischen Aspekten, vor allem mit dem Phänomen der „Quantenverschränkung“. Dieses wird in der Quantenwelt immer wieder beobachtet: Wenn man ein Quantenteilchen verändert, verwandelt sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit auch ein mit ihm verschränktes Teilchen.

Teleportation und Spuk

Weil das seiner Relativitätstheorie zu widersprechen scheint, wählte Albert Einstein dafür die Bezeichnung „spukhafte Fernwirkung“. Die Autorin stellt die Experimente dar, die zur Untersuchung dieses Phänomens gemacht wurden, und erläutert, wie und warum sie die spukhafte Fernwirkung bestätigen.

Im zweiten Teil wendet sie sich aus der Sicht der Informatikerin den Quantenalgorithmen zu, besonders dem Algorithmus zur Teleportation, einer Aufgabe, die klassische Computer nicht lösen können. Quantencomputer ermöglichen Teleportation, weil sie über den Mechanismus der Quantenverschränkung verfügen.

Zur Erklärung der Funktionsweise bedient sich die Verfasserin einer graphischen Methode, die an der THM entwickelt und von ihr bereits in nationalen wie internationalen Fachkreisen vorgestellt wurde. So braucht man keine Formeln zu verstehen.

Die Visualisierung

Als Demonstration genügen kleine hin- und herwandernde Quadrate, die an den acht Ecken eines Würfels befestigt sind. Mit diesem visuellen Modell veranschaulicht Bettina Just, dass Quanten-Algorithmen, um ihren Zweck zu erfüllen, deutlich weniger Operationen ausführen müssen als herkömmliche Algorithmen. Diese Leistungsfähigkeit macht sie so interessant für IT-Anwendungen, bei denen es darauf ankommt, komplexe Sachverhalte und große Datenmengen zu bearbeiten.

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