Einführung in Quantencomputing

Vorlesung mit Übung im Sommersemester 2019 Prof. Dr. D. Kranzlmüller, T. Guggemos M.Sc.,
M. Höb M.Sc. , S. Grundner-Culemann M.Sc.

Willkommen auf der Webseite zur Einführung in Quantencomputing im Sommersemester 2019. Auf dieser Seite finden Sie sämtliche Informationen zur Vorlesung und zu den begleitenden Übungen

D-Wave
source: D-Wave

IBM Q
source: IBM Q

News

17.09.2019

Die Nachholklausur wird in Form einer mündlichen Prüfung am 28.10.2019 8:30 - 13:00 Uhr am LRZ stattfinden.
Die Abmeldung ist noch bis 30.09.2019 9:00 Uhr über UniWorx möglich.

13.08.2019

Die Anmeldung zur Nachholklausur ist ab sofort bis zum 16.09.2019 09:00 Uhr über UniWorx möglich.

13.08.2019

Die Nachholklausur findet am Montag, 28. Oktober 2019 statt. Abhängig von der Anzahl der Anmeldungen wird die Prüfung schriftlich oder mündlich durchgeführt.
Ort und Uhrzeit werden abhängig davon separat bekanntgegeben.

31.05.2019

Die Klausur findet am Montag, 29. Juli 2019, 14-16 Uhr im Raum B001 in der Oettingenstr. 67 statt.

25.04.2019

Das erste Übungsblatt wird am 25. April 2019 veröffentlicht, die erste Übungsstunde findet am 02. Mai 2019 statt.

24.04.2019

Die Bewerbung für die Vorlesung ist abgeschlossen und alle Plätze der Vorlesung sind belegt. Es wird daher kein Nachrückverfahren geben.

25.02.2019

Willkommen auf der Webseite zur Einführung in Quantencomputing im Sommersemester 2019 an der LMU. Die Anmeldung zum Kurs beginnt am 01.03.2019 über UniWorx.

Inhalte der Vorlesung

Zwei wissenschaftliche Revolutionen prägten die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts. Zum Einen legten Pioniere wie Konrad Zuse, Alan Turing und John von Neumann die Grundlagen für den Bau der ersten praktikablen Rechenmaschinen. Zum Anderen stürzte das klassische Weltbild der Physik, seit den Tagen Newtons erweitert, aber kaum verändert, mit der Beschreibung der Quantenmechanik in sich zusammen.

Diese wissenschaftlichen Revolutionen zogen sehr schnell technische nach sich. Wie sehr der Computer unsere heutige Gesellschaft, unser Welt- und Menschenbild prägt, steht jedem vor Augen. Weniger bewusst ist vielen, dass die Quantenmechanik unseren Alltag ebenso beeinfusst. Erst die quantenmechanische Beschreibung des Atoms machte es möglich, Halbleiter und den Laser zu entwickeln; das Transistorradio, der CD-Spieler und moderne Computerhardware sind Folgen der Quantenmechanik.

In den letzten Jahrzehnten wurden diese beiden Wissenschaften zusammengeführt, es entstand ein neuer interdisziplinärer Zweig namens Quantum Computing. Das Ziel ist, Quantencomputer zu bauen, Quantenalgorithmen zu entwickeln und zu untersuchen, welche Konsequenzen die Quantenmechanik für die Informationsübertragung hat.

Die Vorlesung erläutert die Grundlagen des Quantencomputings, u.a.:

Einführung in die Quantenmechanik
die mathematischen Grundlagen (hauptsächlich lineare Algebra)
Komplexität von Quantenalgorithmen und die Notwendigkeit neuer Komplexitätsklassen
Quanten Bits (QuBits) und Quantenregister
Quanten-Teleportation, Dichte Codierung und Verschränkung
verschiedene Quantenalgorithmen, unter anderem Suchalgorithmen und Quantenfouriertransformation
Shor's Algorithmus und die Implikationen für die moderne Kryptographie
verfügbare Hardware und Quantencomputer

In den Übungen sollen diese Kennntnisse vertieft und selbstständig Quantenalgorithmen implementiert werden. Diese werden mit einem Simulator, aber auch mit einem "echten" Quantencomputer (IBM-Q) durchgeführt.

Vorkenntnisse

Zur Teilnahme sollten Sie mit folgenden Inhalten vertraut sein:

Lineare Algebra (in einem Großteil der Vorlesung geht es um die Lösung linearer Gleichungssysteme)
Kryptographie, insbesondere Kenntnis des RSA-Algorithmus (z.B. aus der Vorlesung IT-Sicherheit)
Grundverständnis von Quantenphysik ist hilfreich, aber nicht Voraussetzung

Teilnahme

Hörerkreis:Die Vorlesung richtet sich an Studierende im Masterstudiengang Informatik, Medieninformatik, Bioinformatik, Studierende im Hauptstudium der Informatik (Diplom) bzw. Medieninformatik (Diplom) sowie Studierende mit Nebenfach Informatik. Studierende Informatik bzw. Medieninformatik Bachelor können die Vorlesung als "Vertiefende Themen der Informatik für Bachelor" angeben, Masterstudenten werden aber bevorzugt behandelt.
SWS/ECTS: 4 Semesterwochenstunden (2V, 2Ü), 6 ECTS gemäß Modulbeschreibung
Leistungsnachweis: schriftliche Prüfung
Teilnahmebeschränkung: Die Teilnahme ist auf 30 Studenten begrenzt.

Wichtig:
Das Erscheinen zur ersten Vorlesung am 24. April 2019 ist obligatorisch. Nichtanwesende verlieren ihren Anspruch auf einen Platz und werden nicht zur Prüfung zugelassen. Potentielle Nachrücker können die erste Vorlesung ebenfalls besuchen, um freie Plätze zu besetzen.
Alle so ermittelten Teilnehmer werden nach der ersten Vorlesung am 24. April 2019 automatisch zur Prüfung angemeldet. Danach besteht bis zur Vorlesung am 08. Mai (also für zwei Wochen) die Möglichkeit, sich von der Prüfung und damit von der Vorlesung abzumelden. Fehlen bei der Prüfung wird mit der Note 5 "nicht erschienen" an das Prüfungsamt gemeldet.

Die Vorlesung findet auf Deutsch statt. / The lecture will be held in German.

Termine

Anmeldung

Die Anmeldung startet am 01.03.2019 0:00 Uhr via UniWorx und endet am 15.04.2019 00:00 Uhr
Angemeldete Studenten werden nach der ersten Vorlesung zur schriftl. Prüfung angemeldet

Vorlesung und Übung

Vorlesung: Mittwoch, 12:00 bis 14:00 Uhr, Amalienstr. 73A, Raum 112
Übung: Donnerstag, 14:00 bis 16:00 Uhr, Oettingenstr. 67, Raum BU102 (Kalahari).
Das erste Übungsblatt wird am 25. April 2019 veröffentlicht, die erste Übungsstunde findet am 02. Mai 2019 statt.

Prüfung

Hauptklausur:
Montag, 29. Juli 2019, 14-16 Uhr
Raum B001, Oettingenstr. 67
Nachholklausur (mündlich!):
Montag, 28. Oktober 2019, Uhrzeit: 8:30-13:00 Uhr
LRZ Besprechungsraum 4 am LRZ
Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften
Boltzmannstraße 1, 85748 Garching bei München
Anfahrt: U6 Garching Forschungszentrum