Qubit einfach erklärt

Was ist ein Qubit?

Ein Qubit ist die kleinste Einheit der Quanteninformation. Es kann im Zustand 0, im Zustand 1 oder in einer Überlagerung beider Zustände sein. Bei einer Messung erhält man immer 0 oder 1, und wie wahrscheinlich jedes Ergebnis ist, hängt vom Zustand des Qubits ab. Mit vielen Qubits rechnet ein Quantencomputer.

Bit und Qubit: der Unterschied

Ein Bit ist wie ein Lichtschalter: an oder aus, 1 oder 0. Jeder normale Computer speichert alles so, vom Foto bis zur Webseite.

Ein Qubit kann ebenfalls 0 oder 1 sein. Es kann aber auch in einem Zustand dazwischen stehen, einer Überlagerung. Darin stecken beide Möglichkeiten mit bestimmten Gewichten, den Amplituden. Ein Bild dafür ist eine Münze, die sich noch in der Luft dreht. Das Bild hat Grenzen: Anders als bei der Münze kann man die Gewichte eines Qubits so verändern, dass sich Möglichkeiten gegenseitig verstärken oder auslöschen.

Münze mit Kopfseite als Bild für ein Qubit

Probier es aus: das Qubit als Münze

Was passiert beim Messen?

Misst man ein Qubit, bekommt man nie „ein bisschen 0 und ein bisschen 1“, sondern immer genau eine Antwort: 0 oder 1. Welche, entscheidet der Zufall, aber mit festen Wahrscheinlichkeiten. Die Wahrscheinlichkeit ist der Betrag der Amplitude zum Quadrat. Diese Regel heißt Bornsche Regel.

Ein Beispiel: Nach dem Rechenschritt H steht ein Qubit genau zwischen 0 und 1. Misst man es 2.048-mal, jedes Mal frisch vorbereitet, kommt ungefähr 1.024-mal 0 und 1.024-mal 1 heraus. Nach der Messung ist die Überlagerung weg; das Qubit ist dann wirklich 0 oder 1.

Ein Qubit als Pfeil: die Bloch-Kugel

Physiker stellen ein Qubit gern als Pfeil auf einer Kugel dar. Zeigt der Pfeil nach oben, ist das Qubit 0, zeigt er nach unten, ist es 1. Auf dem Äquator ist es halb und halb.

Wohin der Pfeil auf dem Äquator zeigt, nennt man die Phase. Beim Messen sieht man sie nicht direkt. Sie entscheidet aber, ob sich Möglichkeiten im nächsten Rechenschritt verstärken oder auslöschen. Rechenschritte, die Gatter, drehen den Pfeil: X klappt ihn von oben nach unten, H legt ihn auf den Äquator, Z dreht ihn dort um eine halbe Runde.

Woraus besteht ein echtes Qubit?

Ein Qubit ist kein Bauteil von der Stange, sondern ein winziges physikalisches System, das sich nach den Regeln der Quantenphysik verhält. Heute gibt es mehrere Bauarten: supraleitende Schaltkreise, gefangene Ionen, neutrale Atome, Lichtteilchen und Störstellen in Diamanten.

Supraleitende Qubits laufen bei etwa 10 bis 20 Millikelvin, also kälter als das Weltall. Die Grundlage dafür wurde 2025 mit dem Nobelpreis für Physik gewürdigt: John Clarke, Michel Devoret und John Martinis hatten in den 1980er-Jahren gezeigt, dass sich ein ganzer elektrischer Schaltkreis quantenhaft verhalten kann. Qubits in Diamanten, sogenannte NV-Zentren, funktionieren dagegen in kleinen Systemen sogar bei Raumtemperatur.

Allen Bauarten gemeinsam ist: Qubits sind empfindlich. Wärme, Strahlung und kleinste Störungen verfälschen ihren Zustand. Deshalb ist die Fehlerkorrektur die größte Baustelle der Branche.

Probier es aus: ein Diamant-Qubit steuern

Warum es auf viele Qubits ankommt

Ein einzelnes Qubit kann man noch leicht auf Papier ausrechnen. Spannend wird es mit vielen: Um den Zustand von n Qubits vollständig zu beschreiben, braucht man 2 hoch n Amplituden. Bei 10 Qubits sind das 1.024, bei 35 Qubits schon über 34 Milliarden.

Genau deshalb sind Quantencomputer interessant, und genau deshalb ist es so schwer, sie auf normalen Computern nachzurechnen.

Weiterlesen: Wie ein Quantencomputer-Simulator rechnet

Häufige Fragen zum Qubit

Was ist ein Qubit einfach erklärt?

Ein Qubit ist die kleinste Einheit der Quanteninformation. Es kann 0, 1 oder eine Überlagerung aus beidem sein. Eine Messung liefert immer 0 oder 1, mit Wahrscheinlichkeiten, die vom Zustand des Qubits abhängen.

Was ist der Unterschied zwischen Bit und Qubit?

Ein Bit ist immer genau 0 oder 1. Ein Qubit kann vor der Messung in einer Überlagerung sein, und seine Möglichkeiten können sich wie Wellen verstärken oder auslöschen. Beim Messen liefert aber auch ein Qubit nur 0 oder 1.

Ist ein Qubit gleichzeitig 0 und 1?

So wird es oft vereinfacht gesagt. Genauer: Ein Qubit in Überlagerung hat zu 0 und zu 1 je eine Amplitude. Erst die Messung legt ein Ergebnis fest, zufällig, aber mit festen Wahrscheinlichkeiten.

Woraus bestehen Qubits?

Aus winzigen physikalischen Systemen, etwa supraleitenden Schaltkreisen, gefangenen Ionen, neutralen Atomen, Lichtteilchen oder Störstellen in Diamanten. Jede Bauart hat eigene Vor- und Nachteile.

Warum sind Qubits so empfindlich?

Weil schon kleinste Störungen durch Wärme, Strahlung oder benachbarte Teilchen ihren Zustand verändern. Deshalb werden viele Qubits stark gekühlt und mit Fehlerkorrektur geschützt.

Quellen

Stand: 31. Oktober 2026

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