Quantencomputer selbst ausprobierenDas Unmögliche möglich machen.
Unser Ziel: Quantenprogramme auf einem normalen PC für Forschung und eigene Ideen nutzbar machen. Dafür suchen wir neue Rechenwege, um größere Schaltungen mit weniger Speicher und Rechenzeit zu simulieren. Unsere Ergebnisse prüfen wir gegen unabhängige Referenzen.
Ohne Anmeldung. Unser i9 simuliert die Quantenprogramme.
Unsere Idee und der aktuelle Stand
Dafür entwickeln wir unseren Simulator auf einem Intel Core i9 mit RTX 3090 weiter. Wir testen ungewöhnliche Rechenwege und prüfen sie gegen etablierte Vergleichssoftware. Hier kannst du Quantenprogramme ausprobieren und unsere gemessenen Fortschritte verfolgen.
Im Forschungstest haben wir eine vollständige 35-Qubit-Schaltung auf unserem PC berechnet. Messwerte und Prüfungen
Vom Simulator zur eigenen QuantenhardwareWir erforschen einen eigenen Ansatz für Quantenhardware. Unser Ziel ist ein bezahlbarer Aufbau mit möglichst einfacher Technik. Den Simulator nutzen wir als Testlabor, um Modelle und Steuerideen vor dem Hardware-Aufbau zu prüfen. Die technischen Details bleiben vertraulich.
Stelle deinen Code am Schloss ein und starte die Suche. Über das Menü erreichst du die Grundlagen und unsere Forschung.
Zuerst die Grundlagen →
Deine Entdeckungsreise
Ein Schritt nach dem anderen.
Probiere einen Versuch. Die nächste Idee folgt, sobald du weitergehst.
Dein Fahrradschloss. Findet die RTX 3090 den Code?
Sieben Räder. 10.000.000 mögliche Codes. Du legst einen Testcode fest, verdrehst die Räder und lässt unsere RTX 3090 danach suchen.
Dein Testcode: 3141592
So bedienst du das Schloss
Ziehe die Zahlen mit Maus oder Finger nach oben oder unten. Oder nutze die Pfeilknöpfe. Mit der Tastatur gehen auch ↑, ↓ und die Zifferntasten.
Stelle deinen Wunschcode am offenen Schloss ein. Beim Schließen merken wir uns diesen Testcode als Prüfregel.
Der Rechenhelfer ist gerade nicht erreichbar. Du kannst das Schloss trotzdem einstellen.
Was berechnet unser Simulator?
Echte Quanten-Simulation. Dein Code. Unser Rechner. Unsere Grafikkarte RTX 3090 berechnet das Qubitwerk-Quantenprogramm mit 24 Such-Qubits. Der i9 prüft danach den vollständigen Zustand. Sobald das Ergebnis bestätigt ist, rasten die Zahlen auf dem gefundenen Code ein und dein virtuelles Schloss öffnet sich.
Qubits, Rechenweg und unser nächstes Ziel
Warum kann die Suche meinen Code finden?
Das Schloss ist virtuell, die Berechnung echt: Auf unserem normalen Rechner läuft eine mathematische Simulation des Quantenprogramms. Bitte wähle einen erfundenen Testcode; er wird zum Berechnen an unseren Server übermittelt.
Du hast den Testcode selbst festgelegt. Daraus entsteht die Prüfregel für unser Quantenprogramm. Grovers Algorithmus verstärkt dann die Chance auf den passenden Messwert. Für eine unbekannte echte PIN bräuchten wir erst eine geeignete Prüfregel; dieses Lernschloss ist keine Methode, reale Schlösser zu öffnen.
Das Schloss hat 10.000.000 gültige Codes von 0000000 bis 9999999. 24 Such-Qubits bilden 16.777.216 Bitfolgen ab; die übrigen 6.777.216 sind keine gültigen Codes. Unser spezialisierter OpenCL-Simulator berechnet alle 16.777.216 Möglichkeiten mit 3.216 Grover-Runden. Er braucht dafür kein zusätzliches Hilfsqubit. Der häufigste gemessene gültige Code muss mit der Prüfregel übereinstimmen, sonst bleibt der Verschluss geschlossen.
Die ideale Trefferchance pro Messung liegt bei rund 99,99999 Prozent, nicht bei garantierten 100 Prozent. Der vollständige Zustandsvektor belegt 128 MiB bei doppelter Genauigkeit im Speicher der Grafikkarte. Nach der letzten Runde holt der i9 den ganzen Zustand zurück und prüft jede einzelne der 16.777.216 Amplituden nach.
Mehr Ziffern bedeuten vor allem mehr Rechenarbeit: In jeder der 3.216 Runden berechnet die Simulation alle 16.777.216 Möglichkeiten neu. In den neuen Kontrollläufen dauerte diese Rechnung rund 1,2 Sekunden; der öffentliche Nachtest benötigte 1,38 Sekunden. Ein gewöhnliches Programm, das die Codes der Reihe nach mit derselben Prüfregel vergleicht, wäre hier früher fertig. Die Simulation zeigt, wie das Quantenprogramm arbeitet. Sie ist kein Geschwindigkeitsrekord und kein Quantenvorteil.
Die Räder zeigen keine nacheinander getesteten Quantencodes. Ihre schnelle Bewegung überbrückt das Warten auf das Ergebnis; die anschließende Zeitlupe macht den Treffer sichtbar. Beide sind Gestaltung, keine Messung der Rechengeschwindigkeit. Bei reduzierter Bewegung erscheint das Ergebnis direkt.
Vom Lichtschalter zum Qubit
Bei einer Messung eines Qubits erhältst du 0 oder 1. Der Münzwurf zeigt dir, warum gleiche Chancen unterschiedliche Trefferzahlen ergeben.
Die Erklärung im Detail
Ein klassisches Bit hat den Wert 0 oder 1. Beim Qubit kann der Zustand eine Superposition beider Möglichkeiten sein. Die Münze hilft beim Einstieg: Eine Messung liefert ein Ergebnis, dessen Wahrscheinlichkeit wir berechnen können. Der Unterschied zum Münzwurf steckt in den Amplituden. Sie können sich wie Wellen verstärken oder auslöschen.
Mehr dazu: Was ist echt an dem Bild?
Echt ist: Vor dem Nachsehen tragen beide Möglichkeiten zur Rechnung bei, und das Nachsehen liefert immer nur eine davon. Wie oft Kopf und wie oft Zahl kommt, kann das Programm einstellen.
Nur ein Bild ist: die Drehung. Ein Qubit rotiert nicht wirklich. Und viele Qubits geben nicht „viele Antworten gleichzeitig“ aus. Das Nachsehen liefert immer genau eine Antwort.
Eine verdeckte Münze allein beschreibt diesen Unterschied nicht. Ein Qubit hat auch eine relative Phase. Mit passenden Rechenschritten verändert sie die Wahrscheinlichkeiten der späteren Messung. Diese Interferenz macht Superposition für Quantenprogramme nutzbar.
Interferenz ausprobieren
Wellen können sich verstärken oder auslöschen.
Zwei Wasserwellen können sich verstärken oder auslöschen. Im Quantenmodell überlagern sich Rechenbeiträge auf ähnliche Weise. Verschiebe die Wellen gegeneinander und vergleiche die Chancen für 0 und 1.
Die Schaltung dahinter
Das Qubit startet in 0. Wir wenden H an, verändern die relative Phase und wenden H erneut an. Die Wahrscheinlichkeit für 0 ist cos²(Phase / 2), die für 1 ist sin²(Phase / 2). Der Browser berechnet diese Werte; er führt keine Messstichprobe aus.
Die laufenden Lichtpunkte und Kurven sind ein Erklärbild. Sie zeigen keine Teilchenbahnen und keine gemessene Rechengeschwindigkeit.
Ein weiteres Bild: Wasser im Labyrinth
Wie Wellen eine Suche verändern
Die Animation vergleicht eine Suche Weg für Weg mit einem Wellenbild. Ein Quantenprogramm kann Amplituden so verändern, dass sich unerwünschte Ergebnisse abschwächen und ein gesuchtes Ergebnis verstärkt. Dafür braucht es eine passende Schaltung. Die vorgegebenen Animationszeiten sind keine gemessenen Rechenzeiten.
Mehr dazu: Was steckt dahinter?
Amplituden können sich verstärken oder auslöschen. Ein Suchalgorithmus wie Grover nutzt diese Interferenz, um die Trefferwahrscheinlichkeit schrittweise zu erhöhen. Das Ergebnis ist nicht bei jeder Messung sicher. Wie gut die Suche funktioniert, hängt von der Aufgabe und den gewählten Rechenschritten ab.
Das Labyrinth erklärt die Idee, führt aber keinen Grover-Algorithmus aus. Einen berechneten Suchversuch findest du beim Zahlenschloss.
Zwei Qubits, ein gemeinsamer Zustand
Decke die erste Münze auf und tippe auf die zweite. Die beiden zeigen hier dasselbe Ergebnis. In der Erklärung erfährst du, warum Verschränkung mehr bedeutet als passende Münzen.
Die Erklärung im Detail
Jetzt zeigen zwei Münzen ein Bild für ein verschränktes Paar: eine in Berlin, eine in New York. In diesem Beispiel liefern Messungen in derselben Basis gleiche Ergebnisse. Jedes Ergebnis allein ist zufällig. Das Paar hat einen gemeinsamen Quantenzustand; es verschickt keine Nachricht. Gleiche Münzen zeigen einen Zusammenhang, beweisen allein aber noch keine Verschränkung.
Mehr dazu: Das Handschuh-Paar
Stell dir vor, jemand packt blind einen linken und einen rechten Handschuh in zwei Pakete. Eines geht nach Berlin, eines nach New York. Öffnest du in Berlin und findest den linken, weißt du sofort: In New York liegt der rechte. Daran ist nichts magisch. Das stand beim Einpacken schon fest.
Der Quanten-Unterschied zeigt sich erst beim Vergleich verschiedener Messeinstellungen. Verschränkte Zustände können Zusammenhänge zeigen, die kein lokales Modell mit vorher festgelegten Handschuh-Eigenschaften reproduziert. Unser Münzbild zeigt nur eine Messeinstellung, nicht diesen vollständigen Test.
Solche Bell-Tests unterscheiden Quantenkorrelationen von lokalen Modellen mit vorher festgelegten Ergebnissen. Für Experimente mit verschränkten Photonen und die Verletzung von Bell-Ungleichungen gab es 2022 den Physik-Nobelpreis. Eine Nachricht lässt sich damit nicht schneller als Licht übertragen.
Mehr dazu: Was ist echt an dem Bild?
Echt ist: Die Ergebnisse gehören zusammen, und der Abstand spielt keine Rolle. Das haben Experimente vielfach bestätigt.
Nur ein Bild ist: dass die eine Münze der anderen „Bescheid sagt“. Es gibt keine Nachricht dazwischen. Den Zusammenhang sieht man erst, wenn man beide Ergebnisse nebeneinanderlegt.
Acht Stellen. Fast doppelt so schnell.
Unser aktualisierter Schlosskern berechnet acht Stellen in rund 24 Sekunden. Vorher waren es rund 47 Sekunden. Der Zustand benötigt dabei nur noch 1 statt 2 GiB Grafikspeicher. Sieben Stellen lagen in zwei Kontrollläufen bei rund 1,2 Sekunden.
Gemessene Simulatorzeit einschließlich Ergebnisprüfung und 2.048 Messungen. Warteschlange, Übertragung und Animation kommen hinzu. Die genaue Zeit steht nach deinem Versuch am Ergebnis.
Messwerte und Bedingungen →Median aus je sechs Anfragen · gleiche Genauigkeit
Forschung & Ergebnisse
Wir testen, was ein normaler PC schafft.
Auf unserem i9 mit RTX 3090 vergleichen wir den Simulator mit etablierter Software. Zu den veröffentlichten Ergebnissen gehören Messbedingungen und Genauigkeitsprüfungen.
Ergebnisse ansehenFür Forschungsteams: eine Schaltung vergleichen →Unser Vorhaben und die Menschen dahinter →
so schnell wie Aer GPU in dieser Testfolge
6,66 statt 14,35 Sekunden · i9 mit RTX 3090
