Quantencomputing-Glossar

Ein Hilfs-Qubit, das als Helfer in Quantenberechnungen verwendet wird, oft zur Fehlererkennung oder für Phase Kickback.

IonQs Benchmark für die Anzahl effektiv nutzbarer Qubits, die ein System für die Ausführung eines Algorithmus bereitstellt — unter Berücksichtigung von Konnektivität, Gatter-Fidelity und Schaltkreistiefe statt bloßer physischer Qubit-Anzahl.

Ein Quantenalgorithmus, der die Wahrscheinlichkeitsamplitude eines markierten Ergebnisses quadratisch schneller schätzt als klassisches Monte-Carlo-Sampling — die Grundlage vorgeschlagener Quantenbeschleunigungen bei Derivatbewertung und Risikoanalyse.

Eine geometrische Darstellung aller möglichen Zustände eines einzelnen Qubits als Punkt auf einer Einheitskugel.

Einer von vier maximal verschränkten Zwei-Qubit-Zuständen — das einfachste Beispiel für Quantenverschränkung.

Controlled-NOT — ein Zwei-Qubit-Gatter, das das Ziel-Qubit umkehrt, wenn das Steuer-Qubit |1⟩ ist.

Der gitterbasierte Schlüsselkapselungsalgorithmus, den NIST als ML-KEM standardisiert hat — der postquanten Ersatz für Diffie-Hellman- und RSA-Schlüsselaustausch.

Der gitterbasierte digitale Signaturalgorithmus, den NIST als ML-DSA standardisiert hat — der primäre postquante Ersatz für RSA- und ECDSA-Signaturen.

Circuit Layer Operations Per Second: IBMs Geschwindigkeits-Benchmark, der misst, wie schnell ein Quantensystem vollständige Schaltkreise ausführt, im Zusammenspiel mit Quantum Volume für die Qualität.

Der Verlust von Quanteneigenschaften, wenn ein Qubit mit seiner Umgebung wechselwirkt.

Der gesamte tolerierbare Fehler, der sich über einen Schaltkreis akkumuliert, bevor die Ergebnisse unzuverlässig werden.

Ein früher Quantenalgorithmus, der mit einer einzigen Abfrage bestimmt, ob eine verborgene Funktion konstant oder ausgeglichen ist — gegenüber bis zu der Hälfte aller möglichen Eingaben klassisch —, historisch bedeutsam als erster Beweis, dass Quantencomputer eine exponentielle Beschleunigung bieten können.

Ein Maß (0 bis 1) dafür, wie nahe eine tatsächliche Quantenoperation oder ein Quantenzustand am idealen Ziel liegt.

Klassische Nachbearbeitungstechniken, die die Auswirkung von Hardware-Rauschen ohne vollständige Quantenfehlerkorrektur reduzieren.

Ein gitterbasierter digitaler Signaturalgorithmus, den NIST als FN-DSA standardisiert hat, gewählt wegen seiner kompakten Signaturgröße bei begrenzter Bandbreite oder Speicherplatz.

Ein Quantensuchalgorithmus, der ein markiertes Element in einer unsortierten Liste quadratisch schneller findet als jeder klassische Algorithmus.

Das Hadamard-Gatter (H) erzeugt aus |0⟩ oder |1⟩ eine gleichmäßige Superposition. Es ist zentral für Quanteninterferenz und Algorithmen wie Grovers Suche.

Ein quanten-klassischer Algorithmus, der eine QPU für Quanten-Subroutinen und einen klassischen Computer für Optimierung und Steuerung verwendet.

Ein nach Harrow, Hassidim und Lloyd benannter Quantenalgorithmus, der lineare Gleichungssysteme unter einer spezifischen, restriktiven Bedingungsmenge exponentiell schneller löst als klassische Methoden.

Ein Qubit, das in den internen Energieniveaus eines einzelnen Ions kodiert ist, das durch elektromagnetische Felder festgehalten und mit Laserpulsen gesteuert wird.

Ein fehlerkorrigiertes Qubit, das über viele physische Qubits hinweg kodiert ist — die Recheneinheit in fehlertoleranten Quantencomputern.

Der Akt des Beobachtens eines Qubit-Zustands, der die Superposition in eine eindeutige 0 oder 1 kollabieren lässt.

Noisy Intermediate-Scale Quantum — Geräte mit 50–1000 Qubits ohne vollständige Fehlerkorrektur.

Ein Qubit, das in den internen Zuständen eines einzelnen neutralen Atoms kodiert ist, das von einem fokussierten Laserstrahl (einer optischen Pinzette) festgehalten wird, wobei Rydberg-Zustände zur Verschränkung benachbarter Atome genutzt werden.

Die Pauli-Operatoren X, Y und Z sind grundlegende Ein-Qubit-Gatter für Bit- und Phasenänderungen. Sie bilden eine Basis für Quantenfehlerkorrektur und Hamilton-Simulation.

Klassische kryptografische Algorithmen, die so konzipiert sind, dass sie sowohl gegen Angriffe von klassischen als auch von Quantencomputern sicher sind.

Ein Qubit, das in einer Eigenschaft eines einzelnen Photons kodiert ist, etwa Polarisation oder Pfad, das durch Glasfaser reisen kann und ohne tiefe Kühlung auskommt.

Die grundlegende Einheit der Quanteninformation — das Quantenanalogon zum klassischen Bit.

Eine unitäre Operation, die den Zustand eines oder mehrerer Qubits transformiert.

Eine Abfolge von Quantengattern, die auf ein Register von Qubits angewendet werden, gefolgt von Messungen.

Quantum Processing Unit — der physische Hardware-Chip, der Quantenschaltkreise ausführt.

Ein System, das getrennte Quantenprozessoren verbindet, indem es Verschränkung zwischen ihnen verteilt, meist über Photonen übertragen.

Techniken zum Erkennen und Korrigieren von Fehlern in Quantenschaltkreisen, ohne die Qubits zu messen (und zu kollabieren).

Quanten-Fourier-Transformation — das Quantenanalogon zur diskreten Fourier-Transformation, exponentiell schneller.

Ein Algorithmus, der die Eigenwertphase eines unitären Operators schätzt — die Subroutine hinter dem Shor-Algorithmus und quantenchemischen Energieberechnungen.

Quantum Approximate Optimization Algorithm — ein hybrider Algorithmus für kombinatorische Optimierungsprobleme.

IBMs Einzelzahl-Benchmark, der die Gesamtleistungsfähigkeit eines Quantencomputers misst und dabei Qubits, Konnektivität und Fidelität berücksichtigt.

Eine nachgewiesene Beschleunigung oder Verbesserung, bei der ein Quantencomputer den besten klassischen Algorithmus bei einer praktischen Aufgabe übertrifft.

IBMs Begriff für Quantenschaltkreise, die zu komplex sind, um klassisch simuliert zu werden, aber auf realen QPUs ausgeführt werden können.

Der hypothetische Zeitpunkt, an dem ein Quantencomputer die derzeit eingesetzte Public-Key-Kryptografie bricht.

Eine Arbeitseinheit, die an einen Quanten-Cloud-Dienst übermittelt wird — ein oder mehrere Schaltkreise, die auf einer QPU oder einem Simulator ausgeführt werden sollen.

Ein Softwareentwickler, der Quantenschaltkreise und hybride Algorithmen mit Quanten-SDKs wie Qiskit, PennyLane oder HLQuantum schreibt.

Ein Protokoll, das den exakten Zustand eines unbekannten Qubits mithilfe vorab geteilter Verschränkung und zweier klassischer Bits an ein entferntes Qubit überträgt, ohne das Teilchen physisch zu bewegen oder das No-Cloning-Theorem zu verletzen.

Ein spezialisierter Ansatz des Quantencomputings, der niedrigenergetische Lösungen für Optimierungsprobleme findet, indem ein System von Qubits langsam von einem einfachen Startzustand zu einem Zustand entwickelt wird, dessen energieärmste Konfiguration die Antwort kodiert.

Der Nachweis, dass ein Quantencomputer eine bestimmte, oft künstlich gewählte Aufgabe schneller lösen kann als jeder klassische Computer oder Algorithmus — unabhängig davon, ob die Aufgabe selbst nützlich ist.

Die Fähigkeit eines Quantensystems, sich gleichzeitig in mehreren Zuständen zu befinden.

Ein Quantenalgorithmus zur Ganzzahlfaktorisierung mit exponentieller Beschleunigung gegenüber den besten bekannten klassischen Algorithmen.

Statistische Unsicherheit in Messergebnissen durch das endlich häufige Ausführen eines Quantenschaltkreises.

Die Gesamtzahl der für einen Quantenauftrag zugewiesenen Schaltkreisausführungen — eine praktische Ressourcengrenze.

Die klassische Berechnung, die Fehlersyndrom-Messungen in eine tatsächliche Korrektur umwandelt.

Ein Qubit, das aus einem supraleitenden Schaltkreis mit einem oder mehreren Josephson-Kontakten aufgebaut ist, nahe dem absoluten Nullpunkt gekühlt und mit Mikrowellenpulsen gesteuert wird.

Ein Qubit, das im Spinzustand eines einzelnen Elektrons oder Kerns kodiert ist, eingeschlossen in einem Halbleiter-Quantenpunkt, gefertigt mit an die konventionelle Chipherstellung angelehnten Verfahren.

Ein zustandsloser, hashbasierter digitaler Signaturalgorithmus, den NIST als SLH-DSA standardisiert hat — als konservative Rückfalloption, falls gitterbasierte Verfahren jemals gebrochen werden.

Ein Protokoll, das zwei klassische Informationsbits sendet, indem physisch nur ein Qubit übertragen wird, wobei ein vorab geteiltes verschränktes Paar die klassische Kapazität des Kanals verdoppelt.

Der Prozess des Kompilierens eines Quantenschaltkreises in den nativen Gattersatz und die Qubit-Konnektivität eines bestimmten Geräts.

T1 ist die Energierelaxationszeit des Qubits; T2 ist die Kohärenzzeit (Dephasierung). Beide begrenzen die Schaltkreisdauer.

Das Toffoli- oder CCX-Gatter kehrt ein Ziel-Qubit um, wenn beide Steuer-Qubits |1⟩ sind. Es dient reversibler Berechnung, Quantenarithmetik und Grover-Orakeln.

Ein theoretisches Qubit, das Information im Verflechten exotischer Quasiteilchen kodiert, sodass Fehler durch die Topologie des Qubits unterdrückt werden, statt nachträglich korrigiert zu werden.

Eine Quantenkorrelation zwischen zwei oder mehr Qubits, bei der ihre Zustände unabhängig von der Entfernung verknüpft sind.

Das Verbinden mehrerer QPUs über Quanten-Interconnects, sodass sie sich wie eine einzige größere logische Maschine verhalten.

Variational Quantum Eigensolver — ein hybrider quanten-klassischer Algorithmus zum Ermitteln von Grundzustandsenergien.

Ein parametrisierter Quantenschaltkreis, dessen Gatterwinkel von einem klassischen Optimierer abgestimmt werden, um eine Kostenfunktion zu minimieren.