Suchen
Suchen ist eine menschlichen Grundtätigkeit. Zerstreute Menschen suchen ihren Zimmerschlüssel, alle Menschen suchen (zumindest insgeheim) das Glück. Der Kommissar sucht den Mörder, und in dem 4000 Jahre alten babylonischen Gilgamesch-Epos macht sich die T
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Matthias Homeister
Quantum Computing verstehen Grundlagen – Anwendungen – Perspektiven 4. Auflage
Matthias Homeister Brandenburg an der Havel Deutschland
Computational Intelligence ISBN 978-3-658-10454-2 ISBN 978-3-658-10455-9 (eBook) DOI 10.1007/978-3-658-10455-9 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliogra¿e; detaillierte bibliogra¿sche Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer Vieweg © Springer Fachmedien Wiesbaden 2005, 2008, 2013, 2015 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikrover¿lmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichenund Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Fachmedien Wiesbaden ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (www.springer.com)
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
IX
1 Einleitung 1.1 1.2
Eine neue Art des Rechnens . . . . . . . . . . . . . . . . . . Über dieses Buch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Vom Bit zum Quantenregister 2.1
2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13
Was ist eine Berechnung? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Die Turingmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Schaltkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Der Sprung in die Quantenwelt: Schrödingers Katze . Das Quantenbit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rechenschritte auf einem Quantenbit . . . . . . . . . . . . . Der erste Algorithmus: Ein Zufallsgenerator . . . . . . . . . Quantenregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Der zweite Algorithmus: Das Problem von Deutsch . . . . . Die Rolle des Tensorprodukts . . . . . . . . . . . . . . . . . Das Messen von Quantenregistern . . . . . . . . . . . . . . Noch einmal das Problem von Deutsch . . . . . . . . . . . . Bestandsaufnahme: Die drei Prinzipien des Quantum Computing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verschränkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Die Hadamard-Transformation und mehrere Bits . . . . . . . Der Algorithmus von Deutsch-Jozsa . . . . . . . . . . . . .
3 Vom Quantenregister zum Quantenschaltkreis 3.1 3.2 3.3 3.4
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