Year: 2017
Type: dissertation
Abstract: Die technische Realisierung und Nutzung von quantenphysikalischen Phänomenen hat bereits seit einiger Zeit in unserer Alltagswelt Einzug gehalten, sei es nun durch DVDs und Blu-Rays, LEDs, Photovolatikanlagen, CCD-Chips in Kameras, Kernspintomographie etc. Die Liste ließe sich noch beliebig fortsetzen.Allerdings reicht für die meisten der oben genannten Objekte eine makroskopische Beschreibung aus.Nur wenige technische Anwendungen erfordern eine quantenmechanische Beschreibung und sind zudem noch fern von einer breiten Verwendung.Beispiele wären etwa die Quantenkryptographie, eine Verschlüsselungsmethode mit theoretisch hundertprozentiger Sicherheit.Seit den letzten Jahrzehnten des vorigen Jahrtausends forscht man weltweit an einer weiteren Anwendung, welche aufgrund Besonderheiten der Quantenmechanik für gewisse Anwendungen bedeutende Vorteil gegenüber zurzeit existierender Technologie bringen kann: Der Quantencomputer.Obwohl die Arbeit daran im wissenschaftlichen Bereich bereits seit Jahrzehnten kontinuierlich voranschreitet, so ist der Begriff in unserem Alltag noch nicht wirklich angekommen.Aus diesem Grund bietet dieses Gebiet eine hervorragende Möglichkeit, vertiefenden Physikunterricht am Puls der modernen Forschung durchzuführen.Diese Diplomarbeit soll einen kleinen Einblick in die zugrundeliegenden Konzepte und mögliche Realisierungen bieten.Als Startpunkt erfolgt daher ein kurzer Abriss des fachdidaktischen Forschungsstandes auf der einen Seite, und der historischen Entwicklung im wissenschaftlichen Bereich auf der anderen Seite (Kapitel 1).Anschließend sollen die zum Verständnis der Technologie notwendigen Grundkonzepte der Quantenphysik knapp und möglichst anschaulich erklärt werden (Kapitel 2).In Kapitel 3 wird der Begriff der Information und Informationsverarbeitung, aus der ja das Gebiet der Informatik hervorgeht, beleuchtet, bevor im darauffolgenden Kapitel der Schwenk zur Quanteninformationstheorie und einigen Anwendungen wie Quantenteleportation (Kapitel 4.2) und Quantenkryptographie (Kapitel 4.6) erfolgt.In Kapitel 5 wird der Fokus dann endgültig auf die Quanteninformatik und auf die physikalische Realisierung und mögliche Anwendungen als informationsverarbeitende Systeme gelegt.Dabei werden die wichtigsten bestehenden Zugänge für den Bau eines Quantencomputers verglichen und die jeweiligen Vor-und Nachteil gegenübergestellt (Kapitel 5.2).Den Abschluss macht die Vorstellung bekannter Algorithmen, durch welche Quantencomputer in den jeweiligen Anwendungen bedeutende Vorteile gegenüber klassischen Rechnern bieten könnten (Kapitel 5.3).
Author: Arnold, Georg
Institution: University of Graz
Language: German
Subfield: Artificial Intelligence
Field: Computer Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7014688213