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quantum-learning-playground

An interactive, gamified learning environment for quantum computing basics. Through visual puzzles, step-by-step tutorials, and hands-on experiments, learners explore superposition, entanglement, measurement, and quantum algorithms without any prior physics knowledge. Designed to make quantum computing as fun and accessible as playing a video game.

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Was ist das?

🎯 Simulator-Tipps

📚 Glossar

Qubit
Das Quantenanalogon eines klassischen Bits, das in einer Überlagerung der Zustände |0> und |1> vorliegen kann.
Superposition
Die Fähigkeit eines Quantensystems, bis zur Messung gleichzeitig in mehreren Zuständen zu existieren.
Entanglement
Eine Quantenkorrelation zwischen Teilchen, bei der der Zustand des einen augenblicklich den Zustand des anderen bestimmt.
Measurement
Der Prozess der Beobachtung eines Quantensystems, der die Überlagerung in einen bestimmten Zustand kollabiert.
Quantum Gate
Eine grundlegende Quantenoperation, die Qubit-Zustände transformiert, dargestellt durch eine einheitliche Matrix.
Quantum Algorithm
Ein schrittweises Verfahren für einen Quantencomputer, mit dem ein bestimmtes Problem schneller als mit klassischen Ansätzen gelöst werden soll.
Decoherence
Der Verlust des Quantenverhaltens aufgrund unerwünschter Interaktion mit der Umgebung, dem Hauptfeind des Quantencomputings.
Wave Function
Die mathematische Beschreibung des Zustands eines Quantensystems, die alle Wahrscheinlichkeiten möglicher Messergebnisse kodiert.
Interference
Das Quantenphänomen, bei dem sich Wahrscheinlichkeitsamplituden addieren oder aufheben, wird in Quantenalgorithmen verwendet, um richtige Antworten zu verstärken und falsche zu unterdrücken.
Quantum Advantage
Die Fähigkeit eines Quantencomputers, klassische Computer bei bestimmten Rechenaufgaben zu übertreffen.
Bell State
Ein maximal verschränkter Zwei-Qubit-Zustand, das einfachste Beispiel für Quantenverschränkung.
Hadamard Gate
Ein grundlegendes Quantengatter, das eine gleiche Überlagerung von |0> und |1> erzeugt.
Classical Computer
Ein herkömmlicher Computer, der Informationen mithilfe von Bits verarbeitet, die definitiv entweder 0 oder 1 sind.
Quantum Error Correction
Techniken zum Schutz von Quanteninformationen vor Rauschen und Dekohärenz mithilfe redundanter Qubits.
No-Cloning Theorem
Ein grundlegendes Quantengesetz, das besagt, dass es unmöglich ist, eine exakte Kopie eines unbekannten Quantenzustands zu erstellen.
Quantum Teleportation
Ein Protokoll zum Übertragen eines Quantenzustands zwischen zwei Orten mithilfe von Verschränkung und klassischer Kommunikation.
Shor's Algorithm
Ein Quantenalgorithmus, der große Zahlen exponentiell schneller faktorisiert als bekannte klassische Methoden und eine Bedrohung für aktuelle Verschlüsselungssysteme darstellt.
Grover's Algorithm
Ein Quantensuchalgorithmus, der Elemente in einer unsortierten Datenbank quadratisch schneller findet als die klassische Suche.
NISQ
Noisy Intermediate-Scale Quantum – die aktuelle Ära des Quantencomputings mit 50–1000 unvollkommenen Qubits.
Quantum Volume
Eine Metrik zur Messung der Gesamtleistung eines Quantencomputers unter Berücksichtigung von Qubits, Konnektivität und Gattertreue.
Quantum Supremacy
Der Meilenstein, bei dem ein Quantencomputer eine Berechnung durchführt, die für einen klassischen Computer praktisch unmöglich ist, wurde erstmals 2019 von Google behauptet.
Bloch Sphere
Eine geometrische Darstellung eines einzelnen Qubit-Zustands als Punkt auf der Oberfläche einer Einheitskugel, die eine visuelle Intuition für Quantengatteroperationen bietet.
Quantum Circuit
Eine Folge von Quantengattern, die auf Qubits angewendet werden, das Standardmodell zur visuellen und mathematischen Beschreibung von Quantenalgorithmen.
Quantum Network
Ein Netzwerk von Quantengeräten, die über Quantenkommunikationskanäle verbunden sind und verteilte Quantenberechnung und sichere Kommunikation ermöglichen.
Deutsch-Jozsa Algorithm
Einer der ersten Quantenalgorithmen, der eine exponentielle Beschleunigung demonstriert und mit einer einzigen Auswertung bestimmt, ob eine Funktion konstant oder ausgeglichen ist.

🏆 Schlüsselpersonen

Richard Feynman (1982)

Er schlug die revolutionäre Idee vor, dass quantenmechanische Systeme für Berechnungen genutzt werden könnten, und stellte fest, dass die Simulation der Quantenphysik auf klassischen Computern grundsätzlich ineffizient sei – diese Erkenntnis brachte den gesamten Bereich des Quantencomputings ins Leben

David Deutsch (1985)

Formulierte das Konzept eines universellen Quantencomputers, bewies, dass eine Quantenmaschine jedes physikalische System simulieren kann, und legte die theoretische Grundlage für Quantenberechnungen fest

Lov Grover (1996)

Erfand den Suchalgorithmus von Grover und zeigte, dass Quantencomputer unsortierte Datenbanken quadratisch schneller durchsuchen können als klassische Computer – einer der praktisch nützlichsten Quantenalgorithmen

Peter Shor (1994)

Entwickelte Shors Faktorisierungsalgorithmus und zeigte, dass Quantencomputer weit verbreitete Verschlüsselungssysteme exponentiell schneller knacken konnten als klassische Computer, was das gesamte Gebiet elektrisierte

Charles Bennett (1993)

Er leistete Pionierarbeit in der Quanteninformationstheorie, war Miterfinder der Quantenteleportation und Quantenschlüsselverteilung und legte den Grundstein für die Quantenkommunikation

John Bell (1964)

Entwickelte das Bell-Theorem und die Bell-Ungleichungen und bot damit die erste Möglichkeit, experimentell zu testen und zu bestätigen, dass die Quantenverschränkung real ist und nicht durch die klassische Physik erklärt werden kann

Erwin Schrodinger (1935)

Formulierte die Schrödinger-Gleichung, die die Quantenzustandsentwicklung regelt, und führte das berühmte Katzengedankenexperiment von Schrödinger ein, um die Paradoxien der Quantenüberlagerung zu veranschaulichen

🎓 Lernressourcen

💬 Nachricht an Lernende

{'encouragement': 'You do not need to be a physics genius to understand quantum computing. If you can flip a coin, imagine a spinning top, or play a video game, you already have the intuition needed to start learning. This playground was built for you - no prerequisites, no judgment, just curiosity and wonder.', 'reminder': "Even the greatest quantum physicists like Richard Feynman said 'nobody understands quantum mechanics' - meaning the weirdness is part of the beauty. When something seems strange or counterintuitive, you are not failing; you are experiencing the same wonder that has captivated scientists for a century. Embrace the strangeness!", 'action': 'Start with the first puzzle about superposition - place a qubit in the |0> state, apply a Hadamard gate, and observe what happens. You will see that the qubit enters a superposition where it is both 0 and 1 at the same time. Congratulations - you just performed your first quantum operation! Now try measuring it multiple times to see the probabilistic nature of quantum mechanics in action.', 'dream': "We dream of a world where every child has the opportunity to play with quantum computing from a young age - where a 10-year-old in a rural school in Madagascar can explore quantum entanglement during recess, where a teenager in a refugee camp can learn Grover's algorithm on a donated tablet, and where quantum literacy becomes as universal as reading and writing.", 'wiaVision': 'WIA Book envisions a quantum-literate generation that sees quantum computing not as an intimidating frontier but as a natural extension of their digital world. Through playful, gamified learning experiences like the Quantum Learning Playground, we are planting seeds of quantum understanding that will bloom into the innovations of tomorrow.'}

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