Einführung

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Quantencomputing hat das Potenzial, effiziente Lösungen für Berechnungsaufgaben zu ermöglichen, für die keine effizienten klassischen Algorithmen bekannt sind – und möglicherweise auch nie existieren werden. Es gibt jedoch sehr erhebliche Herausforderungen, die überwunden werden müssen, bevor wir die Art von groß angelegten Quantenberechnungen zuverlässig durchführen können, die wir uns eines Tages erhoffen.

Der Kern des Problems ist, dass Quanteninformation extrem fragil ist – man kann sie buchstäblich schon durch bloßes Beobachten zerstören. Aus diesem Grund müssen Quantencomputer, um korrekt zu funktionieren, die gespeicherte Quanteninformation in extremem Maße von der Umgebung abschirmen. Gleichzeitig müssen Quantencomputer sehr präzise Kontrolle über diese Quanteninformation bieten – einschließlich ordnungsgemäßer Initialisierung, genauer und zuverlässiger unitärer Operationen und der Fähigkeit, Messungen durchzuführen, damit die Ergebnisse der Berechnung abgelesen werden können. Zwischen diesen Anforderungen besteht offensichtlich eine gewisse Spannung, und in den Anfängen des Quantencomputings sahen manche die Fragilität von Quanteninformation sowie ihre Anfälligkeit für Ungenauigkeiten und Umgebungsrauschen als letztendlich unüberwindbares Hindernis für das Quantencomputing an.

Heute besteht kaum Zweifel daran, dass der Aufbau eines genauen und zuverlässigen großmaßstäblichen Quantencomputers eine monumentale Herausforderung darstellt. Wir haben jedoch ein wichtiges Werkzeug, das uns dabei helfen kann – die Quantenfehlerkorrektur – was die meisten Fachleute optimistisch stimmt, dass groß angelegte Quantencomputer eines Tages Wirklichkeit werden.

In diesem Kurs werden wir Quantenfehlerkorrektur mit Fokus auf die Grundlagen studieren. In dieser Lektion werfen wir einen ersten Blick auf die Quantenfehlerkorrektur, einschließlich des allerersten entdeckten quantenfehlerkorrigierenden Codes – des 9-Qubit-Shor-Codes – und wir werden auch ein grundlegendes Konzept der Quantenfehlerkorrektur besprechen, das als Diskretisierung von Fehlern bekannt ist.

Lektionsvideo

Im folgenden Video führt dich John Watrous durch den Inhalt dieser Lektion zur Korrektur von Quantenfehlern. Alternativ kannst du das YouTube-Video für diese Lektion in einem separaten Fenster öffnen. Lade die Folien für diese Lektion herunter.