Quantensimulationen

Wer sich jetzt schon näher anschaulich mit Quantencomputing beschäftigen möchte, hat die Möglichkeit mit Simulatoren einen guten Einstieg in die Welt der QuBits, Quantennetze und abhörsichere Quantenprotokolle zu gewinnen. Der Artikel bietet praktische Beispiele zu Simulationssoftware und Plattformen.

Die Idee von Quantensimulationen reicht bis zu einer Rede des berühmten theoretischen Physikers Richard Feynman im Jahre 1981 zurück, welcher erkannte, dass die Rechenleistung herkömmlicher Computer nicht ausreichen wird, um komplexe Quantensysteme zu berechnen, sondern dass es ein „einfacheres“ Quantensystem als „Simulator“ benötigt, um ein deutlich komplexeres System nachzubilden. Ein wichtiger Schritt hin zu universellen Quantencomputern. Quantensimulatoren werden also beispielsweise angewendet um Quanteneffekte durch einfachere, leichter zu kontrollierende Hardware-Systeme nachzubauen. Die hier vorgestellten Quantensimulatoren behandeln einen anderen Aspekt: Softwarebasierte Simulatoren um spezielle Aspekte von Quantencomputern und Quantenkommunikation nachzustellen und zu verstehen.

Simulator	Zugang	Simulator besonders geeignet für
IBM Quantum/Qiskit Die Onlineplattform IBM Quantum/Qiskit ermöglicht nicht nur eigens kreierte Quantenschaltungen auf echter Quantenhardware auszuführen, sondern auch, ausschließlich im Webbrowser zu arbeiten, da bereits alle benötigten Tools onboard sind.	Webbasierte Plattform mit Quantenhardware, Selbstinstallation	Schaltungen
Quantum Network Explorer Der Quantum Network Explorer ist ein von QuTech entwickeltes Online-Tool zum Simulieren und Programmieren und ist besonders geeignet für verteilte Anwendungen. Es sind bereits Beispiele vorhanden, sodass weder eine Installation noch das Programmieren eigener Circuits notwendig ist. Das Tool ist rein webbasiert und verfügt über eine übersichtliche Visualisierung.	Webbasierte Plattform	Netzwerke
QKDSimulator Zum Testen und Visualisieren des BB84 Quantenschlüsselaustauschprotokoll. Auf dieser Plattform lassen sich verschiedene Parameter für den Schlüsselaustausch über eine grafische Benutzeroberfläche einstellen. Durch einfache Schieberegler lassen sich Parameter zur Konfiguration des Quantenkanals flexibel einstellen.	Webbasierte Plattform	Netzwerke
SQUANCH SQUANCH ermöglicht das Erstellen von Netzwerktopologien und das Testen von Protokollen, besitzt aber auch Werkzeuge um Quantentechnologie auf Schaltungsebene zu simulieren.	Selbstinstallation	Netzwerke
QuNetSim QuNetSim eignet sich zum schnellen und einfachen Testen von Protokollen. Die Software simuliert die Netzwerkschicht in einem Quantennetz, ohne dass sich der Benutzer um das Routing zwischen den Hosts kümmern muss. Zudem verfügt der Simulator über Mechanismen zur Kontrolle der Synchronisation im Netz.	Selbstinstallation	Netzwerke
SeQUeNCe SeQUeNCe ist ein frei erhältlicher Open Source Simulator, mit dem sich Einflussfaktoren wie Zeit und Dämpfung auf die Erzeugung und Übertragung von Quantenzuständen in Netzwerken simulieren lässt. Geeignet um Abläufe in der Hardware- und Verbindungsschicht zu testen.	Selbstinstallation	Netzwerke

Stand: 06.09.2022