Was ist Quantenprogrammierung?

Mit der Quantenprogrammierung können Quantenprobleme und -algorithmen in einem Computerraum mithilfe einer von mehreren für diese Aufgabe entwickelten Programmiersprachen simuliert werden. Während Quantenprogrammierung auf Computerprogrammierung beruht, wird sie eher aus der Sicht eines Wissenschaftlers als eines Programmierers erstellt. Es gibt reguläre Programmiersprachen, die für diesen Zweck verwendet werden können, aber sie akzeptieren quantenphysikalische Befehle nicht ohne weiteres, so dass sie für diesen Zweck unhandlich sein können. Die Simulation der Algorithmen erfordert möglicherweise viel Energie. Daher sollte der Computer, der diese Sprache verwendet, stark genug sein, um die Simulation ohne Absturz durchzuführen.

Forscher und Wissenschaftler verwenden häufig Quantenalgorithmen, um Probleme zu lösen und für Anwendungen in der Praxis. Das Lösen von Problemen auf Papier oder mit einem Taschenrechner ist jedoch häufig nicht so umfassend wie eine Simulation. Mit der Quantenprogrammierung kann der Benutzer einen Algorithmus eingeben und der Computer zeigt genau, was passiert, wenn die Werte in der realen Welt verwendet werden. Dies kann bei Experimenten und bei der Entwicklung von Produkten helfen, die sich auf die Physik stützen.

Äußerlich mag die Quantenprogrammierung wie jede andere Computerprogrammiersprache erscheinen, aber es gibt einige Unterschiede, die sie für die Verwendung in der Quantenphysik verbessern. Zum Beispiel gibt es Befehle, die in anderen Sprachen nicht häufig vorkommen und die Benutzer bei der Eingabe von Quantenalgorithmen unterstützen. Im Gegensatz zu anderen Sprachen, mit denen Programme erstellt oder der Computer viele verschiedene Aktionen ausführt, kann die Sprache nur Simulationen erstellen. Einige in der Programmierung verwendete Tags wurden geändert, um besser mit den in der Quantenphysik verwendeten Tags und Phrasen übereinzustimmen.

Vor der Quantenprogrammierung kamen Programmiersprachen, die diese Rolle teilweise ausfüllen konnten, aber es gab viele Probleme, die sie davon abhielten, populär zu werden. Zum einen waren die Sprachen nicht für Quantenalgorithmen optimiert. Der andere große Unterschied besteht darin, dass Messungen und Werte Computermessungen wie Bits und Pixel sein mussten, die sich als unhandlich erwiesen.

Einige kleine und grundlegende Quantenalgorithmen benötigen zum Simulieren sehr wenig Energie, aber die meisten durch Quantenprogrammierung durchgeführten Simulationen benötigen mehr Energie und erzeugen mehr Wärme, als die meisten normalen Computer aushalten können. Dies bedeutet, dass normalerweise Server benötigt werden, um den Algorithmus zu verarbeiten, ohne dass der Computer abstürzt. Möglicherweise muss der Computer auch aufgerüstet werden, um eine Überhitzung zu vermeiden. Dies ist jedoch meistens für Personen erforderlich, die ständig hochentwickelte Algorithmen simulieren.