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Quantum algorithms and the foundations of quantum computation

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Entschlüsselung von Geheimcodes mithilfe von Atomen

Die Entwicklung der Quanteninformatik steht noch am Anfang. Dank europäischer Initiativen sind hier jedoch schnelle Fortschritte zu verzeichnen. Mithilfe des QAQC-Projekts wird sichergestellt, dass wir alle in den Genuss der Vorteile der geheimnisvollen Quanteninformatik kommen.

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Die Quanteninformatik verspricht, die Computerwelt, wie wir sie kennen, zu revolutionieren. Quantencomputer unterscheiden sich von den üblicherweise im Büro und zu Hause verwendeten Computern, da sie auf den Eigenschaften von atomaren Teilchen aufbauen. Hierbei werden Daten mithilfe subatomarer Teilchen gespeichert und manipuliert und nicht mithilfe von Silizium. Die Quanteneigenschaften können herangezogen werden, um Daten zu repräsentieren und um Operationen wie beispielsweise die Faktorisierung auf Daten durchzuführen. Um die Faktoren einer Zahl mit 400 Ziffern zu finden, würde ein Hochleistungsrechner mehrere Milliarden Jahre brauchen. Die Wissenschaftler sind der Meinung, dass ein Quantencomputer diese Aufgabe innerhalb nur weniger Minuten lösen könnte. Ein weiteres wichtiges Aufgabengebiet für Quantencomputer sind Suchvorgänge. Die Suchfunktion greift auf einen Quantenalgorithmus zurück, eine Regel, die bestimmt, wie ein Problem zu lösen ist, um eine unsortierte Datenbank viel schneller als ein herkömmlicher Computer zu durchsuchen. In größerem Stil können die Faktorisierung und damit verbundene mathematische Prinzipien bei sogenannten Logarithmen zur Verschlüsselung sowie zur Erstellung von Geheimcodes oder ihrer Entschlüsselung Anwendung finden. Da der Einsatz von Quantencomputern zur Faktorisierung dort möglich ist, wo der Einsatz herkömmlicher Computer nicht realisierbar ist, kann geschlussfolgert werden, dass die heutzutage verwendete Datenverschlüsselung für Sicherheitssysteme nutzlos wird. Das QAQC-Projekt erforscht die Anwendung von Quantencomputern in anderen Bereichen als der Faktorisierung und den Suchvorgängen. Die Forscher versuchen zudem die Frage zu beantworten, welche Probleme nicht mithilfe von Quantencomputern lösbar sind, selbst wenn sie eines Tages zur Verfügung stehen sollten. Die weiteren Mysterien der Quantenzustände sollen ebenfalls aus physikalischer und mathematischer Sicht untersucht werden. Die bisher erzielten Ergebnisse sind ermutigend. Es konnten neue Algorithmen entwickelt und eine neue Methode zum Nachweis von Eigenschaften verschiedener Algorithmen beschrieben werden. Darüber hinaus gelang in der Kombinatorik, dem Teilgebiet der Mathematik, das sich mit der Suche nach dem größten, kleinsten oder bestmöglichen Objekt beschäftigt, ein Durchbruch. Hierbei handelt es sich um eine Aufgabe, die für herkömmliche Computer ebenfalls nicht lösbar ist. Die Ergebnisse des QAQC-Projekts werden zu Fortschritten auf neuen Gebieten wie der globalen Satellitennavigation mit unvorstellbarer Genauigkeit und der Entwicklung von Medikamenten auf atomarer Ebene beitragen. Die Erkennung von Mustern in hochkomplexen Daten kann den Geldtransfer höchst sicher machen. Es ist abzusehen, dass Quantencomputer jeden Bereich des Lebens beeinflussen, ohne dass wir dieses merken werden.

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