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

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

• 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

1. Die Anmeldung startet am 01.03.2019 0:00 Uhr via UniWorx und endet am 15.04.2019 00:00 Uhr
2. 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

Skript

Das Skript und die Folien zur Vorlesung finden Sie im Download-Bereich

Recommended Literature

KAYE, Phillip; LAFLAMME, Raymond; MOSCA, Michele.
An introduction to quantum computing
Oxford University Press, 2007

HOMEISTER, Matthias.
Quantum Computing verstehen: Grundlagen-Anwendungen-Perspektiven.
5. Auflage, Springer-Verlag, 2018

Quantum Computation Lecture Notes and Homework Assignments
Cornell, Spring 2006
http://www.lassp.cornell.edu/mermin/qcomp/CS483.html

David McMahon
Quantum Computing Explained
John Wiley & Sons, June 2008
EAN: 9780470181362

Papers

Lov K. Grover
A fast quantum mechanical algorithm for database search

Seth Lloyd, Silvano Garnerone, Paolo Zanardi
Quantum algorithms for topological and geometric analysis of data

Peter W. Shor
Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer

Emanuel Knill
Nature: PHYSICS -- Quantum Computing

Charles H. Bennett and David P. DiVincenzo
Nature: Quantum information and computation

Ashley Montanaro
Quantum algorithms: an overview

David P. DiVincenzo
The Physical Implementation of Quantum Computation

John Preskill
Quantum Computing in the NISQ era and beyond

Cristian S. Calude and Elena Calude
The Road to Quantum Computational Supremacy

Jay M. Gambetta, Jerry M. Chow and Matthias Steffen
Nature: Building logical qubits in a superconducting quantum computing system

Web Links

IBM Quantum Computer experience


• Graphical Editor: https://quantumexperience.ng.bluemix.net/qx/editorr
• User Guide: https://quantumexperience.ng.bluemix.net/qstage/#/user-guide

IBM Q Experience: Decoherence
https://quantumexperience.ng.bluemix.net/proxy/tutorial/full-user-guide/002-The_Weird_and_Wonderful_World_of_the_Qubit/006-Decoherence.html

QuIDE Quantum Simulator
http://quide.eu

QuASM Language
https://github.com/QISKit/openqasm

QISKIT Python API
https://www.qiskit.org/

Wolfram QUbit demostrators:

• Single-Qubit Quantum Gates on a Bloch Sphere
• Qubits on the Poincaré (Bloch) Sphee

Kontakt/Sprechstunde

Über email bzw. nach den Übungen und Vorlesungen oder nach Vereinbarung.

---

Last Change: Mon, 11 Dec 2023 07:38:09 +0100 - Viewed on: Fri, 01 Nov 2024 06:36:26 +0100
Copyright © MNM-Team http://www.mnm-team.org - Impressum / Legal Info  - Datenschutz / Privacy