Speichern von Information
Letztes Mal haben wir Fehlerkorrektur benutzt, um eine Nachricht ohne Fehler senden zu können. Heute werden wir Speichern betrachten. Für das können wir ebenfalls Fehlerkorrektur benutzen.
Angenommen, wir haben ein wichtiges Meeting. Wir müssen uns an die Adresse für unseren Termin erinnern. Wir können diese natürlich aufschreiben, aber das Papier kann verloren gehen oder schmutzig werden. Ist die Information sicher genug? Wenn nicht, können wir Fehlerkorrektur benutzen.
Wir werden den Wiederholungscode benutzen, genauso wie beim letzten Mal. Wir nehmen mehrere Papierstücke und schreiben auf jedes die Adresse unseres Termins. Jedes wird dann an einem möglichst sicheren Ort gelagert.
Am Tag unseres Termins sammeln wir die Stücke ein. Vielleicht sind manche verloren gegangen und manche sind zu schmutzig um die Information zu lesen. Die Mehrheit ist aber unverändert. Mit dem gleichen Decodierungsverfahren wie letztes Mal können wir die Information zurückholen.
Was wäre, wenn das Meeting erst in einem Jahr ist. Viel mehr Zeit bedeutet viel mehr Fehler. Es wird mehr Papierstücke geben die verloren gingen, schmutzig wurden oder vielleicht sogar durch eine andere Adresse ersetzt wurden. Wenn es zu viele sind, können wir die Information nicht mehr zurückholen. Was können wir tun?
In einer Woche passieren nicht zu viele Fehler. Von daher können wir die Information jede Woche lesen. Jede Woche sammeln wir die Papierstücke ein. Wir finden heraus, was die Mehrheit sagt. Alles was davon abweicht wird erneuert. So kann kein Fehler lange überleben. Die Information bleibt sicher, auch nach einem Jahr oder noch mehr.
Quanteninformation
Unsere derzeitige Informationstechnik benutzt gewöhnliche Information wie Zahlen, Buchstaben und Bilder. Die Informationstechnik der Zukunft wird aber eine neue Art von Information benutzen: Quanteninformation. Diese befolgt die ungewöhnlichen Regeln der Quantenmechanik. Mit Quanteninformation werden neue Methoden für x, z und Kryptographie möglich.
Der Zauber der Quanteninformation beruht auf Quantensuperpositionen. Eine gewöhnliche Informationseinheit ist zum Beispiel entweder ‘0’ oder ‘1’. Wenn sie ‘0’ ist, ist sie nicht ‘1’, und andersherum. Wir nennen das ein Bit. Mit Quantenmechanik kann sie gleichzeitig ‘0’ und ‘1’ sein. Das ist eine Quantensuperposition. Sie besteht, bis wir messen ob ‘0’ oder ‘1’ vorliegt. Dann muss die Informationseinheit sich entscheiden, was die Antwort ist. So ein Quanten-Bit nennen wir ein Qubit.
Ein Qubit ist komplexer als ein Bit. Dies ermöglicht eine leistungsstärkere Informationstechnik. Aber Qubits sind auch sehr zerbrechlich. Wie können wir unsere Qubits, oder unsere andere Quanteninformation, beschützen? Mit Quantenfehlerkorrektur, natürlich!
Das Problem der Quantenfehlerkorrektur
Wenn wir gewöhnliche Information speichern wollen, müssen wir diese oft ansehen. Dann können wir den Fehler erkennen und beheben. Mit Quanteninformation ist das keine gute Idee. Sobald wir sie ansehen, ist die Quantensuperposition weg. Statt besser haben wir es schlimmer gemacht. Wir können nur zu bestimmten Zeiten messen damit der Quantenzauber passieren kann. Doch wie können wir denn nun den Fehler erkennen und korrigieren? Ist dies überhaupt möglich? Das werden wir später herausfinden.
