Astronomische Fragerunde – Jetzt gibts Antworten: Was ist ein Quantennetzwerk?

Runde zwei der Antworten aus der Astronomischen Fragerunde. Und wieder einmal eine Frage von der lieben Ann, der Betreiberin des kinder unlimited – Blogs. Ihre Vorliebe für englische Begriffe traten auch in Ihrer Fragestellung auf, deshalb gehe ich hier der Frage „was ist ein Quantum-Network?“ nach – zumindest so gut ich kann, denn das Thema ist sehr komplex und ich hoffe, ich kann es verständlich darlegen.

quantennetzwerkBild: cdn2

Unter dem Begriff „Quantennetzwerk“ oder auch „Quanteninternet“ versteht man die Verbindung von Quanteninformationsträgern (Quantenknoten) mittels Quantenkanälen… Alles klar? Bei mir auch nicht, deswegen fangen wir mal ganz von vorne an:

Was sind Quanten?

Als „Quanten“ werden im allgemein Elementarteilchen (nicht mehr weiter teilbare Teilchen) bezeichnet, wenn ihr teilchenartiges- und nicht ihr wellenartiges Verhalten im Vordergrund steht. Man weiß mittlerweile, dass jede Materie (Elektronen, Protonen, Atome, Moleküle,…) nicht nur Teilcheneigenschaft besitzt, sondern auch als Welle („Materiewelle“, de Broglie-Gleichung oder auch Welle-Teilchen Dualismus) beschrieben werden kann. Oft, und auch hier, bezieht sich der Begriff Quanten jedoch auch auf kleinste Energieeinheiten, die von einem System auf ein anderes übertragen werden. Wir wissen nämlich auch, dass nur Energieeinheiten (Quanten) einer bestimmten Größe von einem System zu einem anderen übertragen werden können.

Es geht also um eine Informationsübertragung via Quanten in einem Quantensystem- oder Netzwerk. Das Stichwort hier heißt Quantencomputer bzw. Quanteninformatik.

Eine Art von Quanteninformationen sind beispielsweise Qubits (Quantenbits). Sie spielen die analoge Rolle zum klassischen Bit bei herkömmlichen Computern: Sie dienen als kleinstmögliche Speichereinheit und definieren gleichzeitig ein Maß für die Quanteninformation. Nun funktioniert aber die Informationsübertragung in einem Quantennetzwerk nicht wie in einem klassischen Netzwerk. Der Grund hierfür ist das sogenannte „No-Cloning-Theorem“. Es besagt, dass es nicht möglich ist, ein System zu bauen, das jedes beliebige Qubit perfekt auf ein anderes Qubit kopiert, ohne dabei das ursprüngliche zu verändern. Die Ursache dafür liegt in der Linearität der Quantenmechanik. Es muss vielmehr ein Transfer des Quantenzustands von einem Knoten zum anderen stattfinden. Man spricht hier von „Quantenteleportation“. Wer hier an Beamen àla Star Trek denkt, liegt jedoch falsch. Damit ist die Übertragung von Quantenzuständen mithilfe einer sofortigen Zustandsänderung miteinander verschränkter Quantensysteme gemeint. Zur vollständigen Übertragung eines Quantenzustandes muss zusätzlich auch Information zwischen Sender und Empfänger auf einem klassischen Weg (also mit maximal Lichtgeschwindigkeit) ausgetauscht werden

Das No-Cloning-Theorem hat weitreichende Folgen für die Quanteninformatik. Zum einen können klassische Fehlerkorrekturcodes, die darauf beruhen, die zu übertragende Information zu kopieren, nicht angewandt werden. Zum anderen kann niemand eine entsprechende Informationsübertragung unbemerkt abhören, da er dazu eine Kopie der übertragenen Qubits anlegen müsste.

Um ein Fazit aus diesem Wust an „Quanten-Fachbegriffen“ zu ziehen. Mit Quantennetzwerk ist eine Struktur, ähnlich dem Internet, gemeint, welches allerdings mit Quanten oder Qubits anstatt mit klassischen Bits arbeitet. Der Vorteil an Quantencomputern wäre eine viel raschere Datenübertragung, eine erheblich größere Rechenleistung sowohl eine gigantische Speicherkapazität. Ein Quantencomputer im eigentlichen Sinne existiert zwar noch nicht, jedoch sind einzelne Komponenten bereits in der Prototypenphase. Es bleibt also abzuwarten, bis die ersten ihre Arbeit aufnehmen.

Liebe Ann@kinder unlimited, ich hoffe, ich konnte deine Frage zufriedenstellend beantworten 😉

Grüße, Chris@stellariumblog

Über stellariumblog

Stellariumblog ist ein Info-und Newslog. Ich versuche, die oftmals komplizierte und unübersichtliche Fülle an Informationen und Wissen verständlich zu erklären. Mein Ziel ist es, mit diesem Blog so viele Menschen wie möglich von der Astronomie zu begeistern. Natürlich versuche ich, täglich die wichtigsten News aus den Bereichen Astronomie, Astrophysik und vergleichbaren Wissenschaften zu bloggen, ich bin allerdings Berufstätig und habe leider nicht jeden Tag ein bis zwei Stunden Zeit – seid also bitte etwas nachsichtig falls ich nicht immer alles als erster poste ;) Ich freue mich immer über positive Bewertungen, aber auch über konstruktive Kritik sowie Vorschläge und/oder Hinweise auf mögliche Fehler (ich bin auch nur ein Mensch). Ansonsten wünsche ich euch viel Spaß in meinem Blog.
Dieser Beitrag wurde unter astronomie, astrophysik, forschung, physik, wissenschaft abgelegt und mit , , , , , , verschlagwortet. Setze ein Lesezeichen auf den Permalink.

10 Antworten zu Astronomische Fragerunde – Jetzt gibts Antworten: Was ist ein Quantennetzwerk?

  1. kinder unlimited schreibt:

    mannomann ich wusste nicht, dass ich so etwas Kompliziertes gefragt habe.
    Und zu meinen englischen Begriffen, english ist meine „Mutter“sprache (so spreche ich immer mit meinen Kindern) und wie man mir in meiner letzten Op bestätigte, inzwischen auch träume…..ich lese ausser hier nur englisch auch alles über Dein Thema, lieber Chris….deshalb die englischen Begriffe, durch dich lerne ich die deutschen kennen.
    Ganz lieben Dank, nächstes Mal werfe ich keinen Begriff einfach in die Runde, der mir nix bedeutet, FEST VERSPROCHEN…..aber Du hast es so toll erklärt, dass ich es jetzt sogar als spannend empfinde. Herzlichen Dank, Ann 😉

    Gefällt 2 Personen

    • stellariumblog schreibt:

      Na gerne doch. Soso, dass mit englisch als Muttersprache wusste ich gar nicht… Merkt man kein bisschen, wenn man von dir liest. Respekt.

      Ja, das ist ein kompliziertes Thema. Ich musste viel nachlesen und recherchieren, weil ich dazu eigentlich kaum etwas wusste – aber es hat spaß gemacht und so lerne ich ja auch dazu 🙂 Also keine falsche Bescheidenheit, it was a good question 😉

      Gefällt 2 Personen

  2. kinder unlimited schreibt:

    nein, ich bin Deutsche, meine Kinder sind aber englischsprachig aufgewachsen. Wir könnten uns auch auf Deutsch unterhalten, aber ihre gefühlte Sprache ist englisch!..ich finde Deinen Blog sehr sehr spannend!

    Gefällt 1 Person

  3. Zeilenende schreibt:

    Uh, mein Hirn treibt wunderbare Blasen auf. Du hast recht, das ist echt ne komplexe Sache, aber ich denke, die Idee konnte ich verstehen. Wie das praktisch ausschaut, entzieht sich zwar völlig meiner Vorstellung, aber das ist wohl ein typisches Quantenproblem. Die Theorie hast du mir ziemlich einprägsam erläutert.

    Gefällt 3 Personen

  4. Flowermaid schreibt:

    … den Artikel werde ich noch ein paar Mal lesen müssen ( Blumenmädchen brauchen da etwas länger )… aber es besteht Hoffnung das Ganze zu verstehen… ich schreibe dann schon mal „gut erklärt“ ;-D

    Gefällt 1 Person

  5. wordBUZZz schreibt:

    Es gibt doch ein so gennantes Multiversen-Modell,also das unser Universum nicht das einzige Universum ist, sondern neben unserem auch noch viele weitere exestieren… Nur ein einer anderen Dimension. Könnte per Quantennetzwerk dadurch eine Kommunikation möglich sein? Dazu ist das Spooky-Phänomen mit der Münze auf dem Mond auch per Quantennetzwerk erklärbar. Also dass die eine Münze auf dem Mond dann genau Zahl zeigt, wenn die andere Münze es auf der Erde auch tut? und wie ist es bei Interstellar (ACHTUNG Spoiler) als er glaube ich im Schwarzen Loch ist und anfängt diese Seiten zu zupfen und seine Tochter in ihrem alten Zimmer sitzt und ihn als den Sandgeist identifiziert weil er diese Wellen herstellen kann. Ist das auch ein Quantennetzwerk?

    Gefällt mir

    • stellariumblog schreibt:

      Der Film Interstellar beschreibt tatsächlich Quantenphänomene. Ob es jedoch möglich ist, „multiuniversal“ über ein Quantennetzwerk zu kommunizieren, kann ich dir mit meinem beschränkten Wissen in der Quantenphysik bzw. der Quantenmechanik leider nicht sagen 🙂 Interessieren würde es mich allerdings auch…

      Gefällt 1 Person

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s