Es ist ein Simulator für Quantenschaltungen, um Quantencomputing spielerisch zu lernen, ohne etwas zu installieren, 100% in deinem Browser. Du baust eine Schaltung mit Gattern und siehst live die Überlagerung, die Verschränkung und die Messung. Simuliert bis zu 4 Qubits per Zustandsvektor: speichert die 2ⁿ Amplituden und manipuliert sie alle gleichzeitig. Ist exakt, aber didaktisch (wenige Qubits), kein echter Quantencomputer.
1. Wähle die Anzahl der Qubits (1 bis 4). Alle starten bei |0⟩.
2. Markiere das Ziel-Qubit, auf das das Gatter wirkt (und die Kontrolle / Kontrolle 2 für Mehrqubit-Gatter).
3. Klicke ein Gatter unter „Gatter hinzufügen“: es wird ans Ende der Schaltung angehängt, die von links nach rechts gezeichnet wird.
4. Rechts werden sofort der Zustand, die Blochkugeln und, beim Klicken auf Messen, das Histogramm neu berechnet.
5. Rückgängig entfernt das letzte Gatter; Löschen leert die Schaltung. Oder lade eine Beispiel-Demo.
Ein klassisches Bit ist 0 oder 1. Ein Qubit kann sich in Überlagerung beider gleichzeitig befinden, beschrieben durch zwei Amplituden (komplexe Zahlen): eine für |0⟩ und eine für |1⟩.
• Die Wahrscheinlichkeit jedes Ergebnisses ist die Amplitude im Quadrat; alle zusammen ergeben 100%.
• Mit n Qubits gibt es 2ⁿ Basiszustände (|00⟩, |01⟩, |10⟩, |11⟩…) und der Simulator verwaltet die 2ⁿ Amplituden gleichzeitig.
• Konvention dieses Simulators: Qubit 0 ist das ganz linke in jedem Zustand |q0 q1 …⟩.
Wirken auf das Ziel-Qubit. Alle sind reversibel (Rotationen des Zustands):
• H (Hadamard) — erzeugt Überlagerung: bringt |0⟩ zu halb |0⟩ und halb |1⟩ (50%/50%). Das Schlüsselgatter, um fast alles zu beginnen.
• X (Pauli-X) — ist das Quanten-NOT: vertauscht |0⟩↔|1⟩.
• Y (Pauli-Y) — kippt das Bit und fügt eine Phase hinzu (halbe Drehung um die Y-Achse der Kugel).
• Z (Pauli-Z) — lässt |0⟩ unverändert und ändert das Vorzeichen von |1⟩ (Phase); allein ändert es die Wahrscheinlichkeiten nicht.
• S — Vierteldrehung der Phase: |1⟩ → i·|1⟩ (halbes Z).
• T — Achteldrehung der Phase (halbes S). Die Phasen sind in den Balken nicht sichtbar, ändern aber das Ergebnis, wenn sie mit H kombiniert werden.
Benötigen ein Kontroll-Qubit: wirken nur, wenn die Kontrolle bei |1⟩ ist.
• CNOT (Kontrolle→Ziel) — wendet X (NOT) auf das Ziel an, wenn die Kontrolle 1 ist. Ist das Gatter, das verschränkt.
• CZ — wendet Z (Phasenwechsel) an, wenn die Kontrolle 1 ist; ändert das Vorzeichen des Zustands |11⟩. Ist symmetrisch (egal, welches die Kontrolle ist).
• SWAP — vertauscht den Zustand zweier Qubits.
• Toffoli (CCX, erscheint ab 3+ Qubits) — X auf das Ziel nur, wenn beide Kontrollen bei 1 sind. Ist ein doppelt kontrolliertes NOT und genügt, um jede klassisch reversible Logik zu bauen.
Zwei Qubits zu verschränken macht sie korreliert: ihre Messungen hängen zusammen, auch wenn man sie trennt. Das typische Rezept: ein H auf einem Qubit und dann ein CNOT zu einem anderen (genau die Bell-Demo).
• Visuelles Signal: der Pfeil der Blochkugel schrumpft zur Mitte hin — das Qubit hat keinen eigenen Zustand mehr und existiert nur im Verbund.
• Bei Bell kommen bei der Messung nur 00 und 11 heraus, nie 01 oder 10: das ist die Quantenkorrelation.
Beim Messen kollabiert die Überlagerung zu einem einzigen Ergebnis (0 oder 1 pro Qubit), zufällig und mit Wahrscheinlichkeit = Amplitude².
• Der Button Messen (200 Mal) simuliert 200 Würfe und zeichnet ein Histogramm: du siehst, wie sich die Zählungen den Wahrscheinlichkeiten des Zustands annähern.
• Der Zufall ist geseedet (reproduzierbar): mit derselben Schaltung erhältst du dasselbe Histogramm.
• Das Ändern der Schaltung (Gatter hinzufügen oder entfernen) löscht frühere Messungen.
Drei Ansichten des Zustands, rechts:
• Zustand — ein Balken pro Ergebnis |…⟩ mit seiner Wahrscheinlichkeit (%) und seiner Amplitude (Real- und, falls vorhanden, Imaginärteil als …i). Zustände mit 0% erscheinen ausgegraut.
• Blochkugel pro Qubit — der Zustand jedes Qubits als Pfeil: oben = |0⟩, unten = |1⟩, zur Seite = Überlagerung. Bei Verschränkung schrumpft der Pfeil.
• Messhistogramm — erscheint beim Klicken auf Messen: tatsächliche Zählungen jedes Ergebnisses in den 200 Würfen.
Die Demo-Buttons laden eine fertige Schaltung zum Erkunden:
• Überlagerung — ein H pro Qubit: alle Ergebnisse werden gleich wahrscheinlich (25% je bei 2 Qubits).
• Bell — die minimale Verschränkung (H + CNOT): nur 00 und 11.
• GHZ — Verschränkung von 3 Qubits: nur 000 und 111.
• Grover — ein Suchalgorithmus, der den Zustand |11⟩ verstärkt, bis er fast sicher ist. Lade sie, schau dir den Zustand an und drücke Messen.
Es ist ein klassischer Simulator des Quantenzustands (didaktisch, wenige Qubits): mit n Qubits verwaltet er 2ⁿ Amplituden. Die Messung ist probabilistisch (geseedet zur Reproduzierbarkeit). Verwandt: Basiskonverter für die klassische Bit-Welt, und Logikgatter.