c't Quantencomputer

In Erstauflage aus dem Mai 2025: Grundlagen, Algorithmen, Anwendung. Mit Python-Beispielen zur direkten Umsetzung.Was ist ein Qubit? Können sie wirklich zwei Zustände gleichzeitig annehmen? Und was bedeutet Quantenüberlegenheit? Quantencomputing schafft eine neue Dimension in der Verarbeitung von Informationen und liefert Ansätze für Probleme, die bisher nicht effizient gelöst werden können.In diesem Leitfaden gibt Ihnen Dr. Kaveh Bashiri einen ausführlichen Einblick in die Grundlagen und Anwendungsszenarien des Quantencomputings. Sie lernen zunächst das theoretische Fundament kennen, bevor Sie auf diesem Verständnis bahnbrechende Quantenalgorithmen nachvollziehen. Dabei erwartet Sie ein praxisorientierter Zugang mit vielen Beispielen, die Sie selbst in Qiskit programmieren können.Mehr als Einsen und Nullen. Grundlagen verstehen Qubits, Gatter, Superposition: Die mathematischen Grundlagen des Quantencomputings werden verständlich erklärt und eingeordnet. Auf diesem Fundament starten Sie eigene Programmierexperimente. Mit Qiskit arbeiten Wenn Sie mit Quantencomputern arbeiten wollen, brauchen Sie nicht unbedingt die Ausstattung eines Forschungslabors. Mit Qiskit emulieren Sie die Funktion echter Quantenrechner und probieren Quantenalgorithmen ganz einfach aus. Von der Theorie zur Anwendung Viele Aspekte des Quantencomputings sind noch Zukunftsmusik, und trotzdem ist der Einfluss groß. In einem Ausblick erfahren Sie, welche Auswirkungen die Quantentheorie auf die Informatik hat und wie Sie die Entwicklung von Kryptografie-Algorithmen beeinflusst. Aus dem Inhalt: Hintergründe und Theorie Warum brauchen wir überhaupt Quantencomputer? Mathematische Grundlagen: Lineare Algebra, Dirac-Notation, Wahrscheinlichkeitstheorie Von der klassischen Informatik zu den Quanten Elemente der Quantenmechanik Quantenschaltkreismodelle und Qubits Quantenverschränkungen Algorithmen und Anwendung: Deutsch-Jozsa, Simon, Shor, Grover und mehr Post-Quanten-Kryptografie Über den Autor: Dr. Kaveh Bashiri arbeitet in der IT-Sicherheit und beschäftigt sich hauptsächlich mit kryptografischen Auswirkungen von Quantenalgorithmen sowie mit Post-Quanten-Verfahren.

Die Quantenphysik ist eine der spannendsten und zugleich rätselhaftesten Disziplinen der modernen Wissenschaft. Sie beschreibt eine Welt, die unsere Vorstellung von Realität auf die Probe stellt, in der Teilchen an mehreren Orten gleichzeitig und Katzen sowohl tot als auch lebendig sind. Doch was genau sind Quanten? Wie beeinflussen sie unsere Technologie – und welche Möglichkeiten eröffnen sie für die Zukunft?ÜberblickQuantentechnologien versprechen einen Durchbruch in Sachen Rechenleistung, Sicherheit und Präzision. In den Nachrichten überschlagen sich Meldungen zu neuen Quantenprozessoren und möglichen Sicherheitsrisiken durch Quantencomputer. Um diese realistisch einschätzen und mitreden zu können, hilft ein Grundverständnis für die Begriffe der Quantenphysik.Eine promovierte Quantenphysikerin leitet Sie durch dieses Webinar und vermittelt Ihnen auf anschauliche Weise Einblicke in die Grundbegriffe der Quantenphysik und des Quantencomputing. So erlangen Sie das notwendige Wissen, um aktuelle Entwicklungen zu verstehen und mitreden zu können.InhaltGrundlagen der Quantenmechanik Was sind Quanten? Welle-Teilchen-Dualismus Diskrete Energieniveaus Unschärferelation Superposition Verschränkung Das Messproblem / Schrödingers Katze Das EPR-Paradoxon (Determinismus, Lokalität und Realismus; Nobelpreis 2022) Quantentechnologie Die erste Quantenrevolution (MRT, Laser, Atomuhren, etc) Die zweite Quantenrevolution: Grundidee von Quantencomputing, Quantensimulation, Quantenmetrologie und Quantenkommunikation Quantencomputer Was ist ein Quantencomputer? Was sind Qubits? (Kennzahlen) Übersicht über Qubit-Architekturen Wie rechnet ein Quantencomputer? (Quanten-Parallelismus, Quantenalgorithmus) Fehlerkorrektur Stand der Forschung Programmiersprachen Anwendungen von Quantencomputern Zufallszahlen Quantenkryptografie und Shor-Algorithmus (Post-Quantenkryptografie; Store Now Decrypt Later) Grover-Algorithmus Optimierungsprobleme Quantensimulation Ihr Nutzen Nach dem Seminar kennen Sie Begriffe wie Welle-Teilchen-Dualismus, Superposition und Verschränkung. Sie wissen, was Qubits sind, woraus sie gefertigt werden und worin sich die verschiedenen Ansätze unterscheiden. Sie lernen, in welchen bekannten Technologien bereits heute Quantenphysik steckt. Außerdem sind Sie mit der Grundidee eines Quantencomputers vertraut und kennen mögliche Anwendungsfelder.ZielgruppeDas Webinar richtet sich an interessierte Menschen, die erste Schritte in die Welt der Quantenphysik gehen möchten. Sie benötigen keine quantenphysikalischen Vorkenntnisse, spezielle mathematische Grundlagen oder Programmierkenntnisse. Ein grundsätzliches Interesse und Schulwissen der Physik sind jedoch hilfreich (etwa: Was sind Atome, Elektronen und Ionen?).Das Webinar richtet sich ausdrücklich nicht an Experten, die etwa Quantencomputing selbst in ihrem Unternehmen einsetzen möchten.VoraussetzungenFür die Teilnahme an diesem Webinar sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich.Unsere Referentin:Sabrina Patsch ist Redakteurin für Wissenschaft und Forschung im Ressort „Internet, Datenschutz & Anwendungen“ der c’t. Sie hat an der Freien Universität Berlin in Physik promoviert, ihr Schwerpunkt war die theoretische Physik und Quantentechnologie. Sie hat während ihrer Promotion einige Zeit im Labor von Physik-Nobelpreisträger Prof. em. Serge Haroche am Collège de France in Paris verbracht und Fachvorträge auf internationalen Konferenzen gegeben. Darüber hinaus ist sie als Science Slammerin aktiv.

Echter Techjournalismus: c't begleitet schon über 924.000 interessierte Leserinnen und Leser mit IT- und Tech-Inhalten - werden auch Sie ein Teil der Community. Die Redaktion ordnet täglich die wichtigsten Entwicklungen der digitalen Welt ein und erklärt komplexe Technologien verständlich. Ziel ist nicht bloß Information, sondern Orientierung – damit Technik nachvollziehbar bleibt. Das Magazin steht für unabhängige, kritisch recherchierte Berichterstattung und eine große thematische Bandbreite: Von praxisnahen Grundlagen und Produkttests bis hin zu den politischen und gesellschaftlichen Folgen technischer Entwicklungen. Mit c't erhalten Sie fundierte Analysen zu Hard- und Software, IT-Sicherheit, Datenschutz und vieles mehr. c’t richtet sich an alle, die Technik bewusst nutzen wollen – von ambitionierten Techfans über IT-Profis bis hin zu Entscheidern.Hinweis zum Geschenkabo: Bitte geben Sie bei einem Geschenkabo eine abweichende Lieferanschrift für die beschenkte Person an - auch bei Digitalabos!

Entdecken Sie die Zukunft der Kryptographie mit „Codebasierte Post-Quanten-Kryptografie - Goppa Codes und das McEliece Kryptosystem“. Dieses Buch bietet eine grundlegende und detaillierte Einführung in eines der sichersten Kryptosysteme unserer Zeit – das McEliece-Kryptosystem. Ursprünglich 1978 entwickelt, widersteht es den modernsten Bedrohungen durch Quantencomputer und setzt neue Maßstäbe in der Post-Quanten-Kryptografie. Mit einer umfassenden Analyse der Goppa Codes und einer verständlichen Darstellung sowohl der Theorie als auch der praktischen Implementierung, ist dieses Werk ein unverzichtbarer Begleiter für jeden, der sich für die nächste Generation der Datensicherheit interessiert. Neben tiefgehenden technischen Einblick erhält man mit dem Buch Zugriff auf eine Implementierung, die es Lesern ermöglicht, die Konzepte interaktiv zu erkunden. Ein Muss für Fachleute der IT-Sicherheit, Akademiker und jeden, der ein tiefes Verständnis für die Mechanismen quantensicherer Verschlüsselung entwickeln möchte. Einleitung. Quantencomputer und moderne Kryptografie. Goppa Codes. Das McEliece-Kryptosystem und seine Varianten. Zusammenfassung und Ausblick. FELIX PETER PAUL ist Informatiker und Mathematiker mit Abschlüssen in Pädagogik und Naturwissenschaften. Er studiert an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und hat sich auf Kryptographie spezialisiert. Seine aktuelle Arbeit konzentriert sich auf vollständig homomorphe Verschlüsselung und Post-Quantum-Kryptographie in Zusammenarbeit mit einem großen Technologieunternehmen, um sichere und zukunftsfähige Verschlüsselungstechnologien zu entwickeln.

Learn to write algorithms and program in the new field of quantum computing. This second edition is updated to equip you with the latest knowledge and tools needed to be a complex problem-solver in this ever-evolving landscape. The book has expanded its coverage of current and future advancements and investments by IT companies in this emerging technology. Most chapters are thoroughly revised to incorporate the latest updates to IBM Quantum's systems and offerings, such as improved algorithms, integrating hardware advancements, software enhancements, bug fixes, and more.You’ll examine quantum computing in the cloud and run experiments there on a real quantum device. Along the way you’ll cover game theory with the Magic Square, an example of quantum pseudo-telepathy. You’ll also learn to write code using QISKit, Python SDK, and other APIs such as QASM and execute it against simulators (local or remote) or a real quantum computer. Then peek inside the inner workings of the Bell states for entanglement, Grover’s algorithm for linear search, Shor’s algorithm for integer factorization, and other algorithms in the fields of optimization, and more. Finally, you’ll learn the current quantum algorithms for entanglement, random number generation, linear search, integer factorization, and others.By the end of this book, you’ll understand how quantum computing provides massive parallelism and significant computational speedups over classical computersWHAT YOU'LL LEARN* Write algorithms that provide superior performance over their classical counterparts* Create a quantum number generator: the quintessential coin flip with a quantum twist* Examine the quantum algorithms in use today for random number generation, linear search, and more* Discover quantum teleportation* Handle the counterfeit coin problem, a classic puzzle * Put your knowledge to the test with more than 150 practice exercises WHO THIS BOOK IS FORDevelopers, programmers, computer science researchers, teachers, and students.Vladimir Silva was born in Quito, Ecuador. He received a System's Analyst degree from the Polytechnic Institute of the Army in 1994. In the same year, he came to the United States as an exchange student pursuing an M.S. degree in Computer Science at Middle Tennessee State University. After graduation, he joined the IBM WebAhead technology think tank. His interests include Grid Computing, Neural Nets, and Artificial Intelligence. He also holds numerous IT certifications including OCP, MCSD, and MCP. He has written many technical articles for IBM developerWorks and books in the fields of grid computing, and security. His previous books include: Grid Computing for Developers (Charles River Media), Practical Eclipse Rich Client Platform (Apress), Pro Android Games (Apress), and Advanced Android 4 Games (Apress).CHAPTER 1: QUANTUM FIELDS - THE BUILDING BLOCKS OF REALITYEnter Max Planck, the Father of Quantum MechanicsPlanck Hits the Jackpot, Einstein collects a Novel PrizeQuantum Mechanics comes in many flavors. Which is your favorite?Many Worlds InterpretationSupplementary InterpretationsFrom Quantum Mechanics to Quantum Fields: Evolution or RevolutionChapter 1 ExercisesCHAPTER 2: RICHARD FEYNMAN, DEMIGOD OF PHYSICS, FATHER OF THE QUANTUM COMPUTERMysteries of QFT: The Plague on InfinitiesFeynman Diagrams: Formulas in DisguiseAntimatter as Time Reverse Matter and the Mirror UniverseChapter 2 ExercisesCHAPTER 3: THE QUBIT REVOLUTION IS AT HANDYour Friendly Neighborhood Quantum ComputerLinear Optics vs Super Conducting LoopsThe Many Flavors of QubitChapter 3 ExercisesCHAPTER 4: ENTER THE IBM QUANTUM: A ONE OF A KIND PLATFORM FOR QUANTUM COMPUTING IN THE CLOUDGetting your feet wet with IBM QuantumOpus 1: Variations on Bell and GHZ StatesRemote Access via the REST APIChapter 4 ExercisesCHAPTER 5: MATHEMATICAL FOUNDATION: TIME TO DUST UP THAT LINEAR ALGEBRAQubit 101: Vector, Matrices and Complex NumbersEuler’s Identity: A Wonderful MasterpieceAlgebraic Representation of the QubitChanging the State of a Qubit with Quantum GatesUniversal Quantum Computation delivers shortcuts over Classical ComputationChapter 5 ExercisesCHAPTER 6: QISKIT, AWESOME SDK FOR QUANTUM PROGRAMMING IN PYTHONInstalling the QISKitYour First Quantum ProgramQuantum Assembly: The Power behind the ScenesChapter 6 ExercisesCHAPTER 7: START YOUR ENGINES: FROM QUANTUM RANDOM NUMBERS TO TELEPORTATION, PIT STOP AT SUPER DENSE CODINGQuantum Random Number GenerationSuper Dense CodingQuantum TeleportationCHAPTER 8: GAME THEORY: WITH QUANTUM MECHANICS ODDS ARE ALWAYS IN YOUR FAVORCounterfeit Coin PuzzleMermin-Peres Magic SquareAnswers for the Mermin-Peres Magic Square ExerciseCHAPTER 9: FASTER SEARCH PLUS THREATENING THE FOUNDATION OF ASYMMETRIC CRYPTOGRAPHY WITH GROVER AND SHORQuantum Unstructured SearchInteger Factorization with Shor’s AlgorithmCHAPTER 10: ADVANCED ALGORITHMS FOR QUANTUM CHEMISTRYWhat in an Eigenvalue and why should I careVariational Quantum EigensolverMolecule Ground State ExperimentProtein Folding Experiment