Einführung in Quantencomputing
M. Höb , S. Grundner-Culemann
Willkommen auf der Webseite zur Einführung in Quantencomputing im Sommersemester 2020. Auf dieser Seite finden Sie sämtliche Informationen zur Vorlesung und zu den begleitenden Übungen
source: D-Wave
source: IBM Q
News
28.09.2020
Die Nachholprüfung findet am Do und Fr, 04./05. März 2020 von 8 Uhr bis 12 Uhr des Folgestages statt. Bitte melden Sie sich bis zum 01. November über Uni2work an. Die Nachholprüfung findet ebenfalls als Video-Hausarbeit statt.09.09.2020
Die Einsichtnahme in die Prüfungsprotokolle ist am 06. Oktober 2020 von 10-12 Uhr möglich. Bitte melden Sie sich bis zum 25. September per E-Mail an; Ihnen wird dann ein Zeitfenster zugeteilt. Beachten Sie bitte, dass Sie bei der Einsicht eine Mund-Nase-Bedeckung tragen müssen.06.07.2020
Bedingt durch zwei Gastvorträge beginnt die Vorlesung am 08.07.2020 um 12 Uhr s.t.08.04.2020
Bedingt durch die Covid-19-Schutzmaßnahmen werden sowohl die Vorlesung als auch die Übung bis auf Weiteres zu den angegebenen Zeiten Online abgehalten.Bachten Sie dazu die Regeln zur Online-Lehre des Instituts für Informatik.
07.04.2020
Das Bewerbungsverfahren ist abgeschlossen und alle angenommenen Teilnehmer sind dem Kurs in Uni2Work zugeteilt. Alle Plätze der Vorlesung sind belegt, daher wird es kein Nachrückverfahren geben.14.02.2020
Willkommen auf der Webseite zur Einführung in Quantencomputing im Sommersemester 2020 an der LMU. Die Anmeldung zum Kurs beginnt am 14.02.2020 über Uni2Work.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
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 keine 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 Studierende begrenzt.
- Donnerstag, 21. Mai 2020
- Donnerstag, 11. Juni 2020
- In Live-Veranstaltungen bitten wir um einen disziplinierten Umgang mit Audio (normalerweise aus) und Bandbreite (Video nach Bedarf)
- Die Aufzeichnung oder Weiterleitung von Veranstaltungen durch Teilnehmer sind nicht erlaubt.
- Die Verteilung von Inhalten (Video, Audio, Bilder, PDFs, etc.) in anderen Kanälen als den vom Autor vorgesehenen ist nicht erlaubt.
- In live meetings, we ask you to responsibly deal with audio (off by default) and bandwidth (video as needed).
- Recording or redirecting streams by participants is not allowed.
- Distributing content (video, audio, images, PDFs, etc.) in other channels than those foreseen by the author is not allowed.
- Graphical Editor: https://quantumexperience.ng.bluemix.net/qx/editorr
- User Guide: https://quantumexperience.ng.bluemix.net/qstage/#/user-guide
Wichtig:
Das Erscheinen zur ersten Vorlesung am 22. April 2020 ist obligatorisch. Nichtanwesende verlieren ihren Anspruch auf einen Platz und werden nicht zur Prüfung zugelassen.
Nachrückverfahren:
Auf Grund des großen Interesses sind unsere Kapazitäten erschöpft und es wird kein Nachrückverfahren geben.
Die Vorlesung findet auf Deutsch statt. / The lecture will be held in German.
Termine
Vorlesung
Mittwoch, 12 Uhr c.t. (bis 13.45 Uhr)
Die Vorlesung findet derzeit Online statt
(Physischer Raum nur bei Änderung der Schutzmaßnahmen: 112 in der Amalienstr. 73A (Raumfinder))
Die erste Vorlesung findet am 22. April 2020 statt.
Übung
Donnerstag, 14 Uhr c.t. (bis 15.45 Uhr)
Die Übung findet derzeit Online statt
(Physischer Raum nur bei Änderung der Schutzmaßnahmen: B U102 in der Oettingenstraße 67 (Raumfinder))
Die erste Übung findet am 30. April 2020 statt.
Es findet keine Übung an folgenden Tagen statt:
Prüfung
Informationen folgen.
Nachhol-Prüfung
Die Nachholprüfung findet am Do und Fr, 04./05. März 2020 von 8 Uhr bis 12 Uhr des Folgestages statt. Bitte melden Sie sich bis zum 01. November über Uni2work an. Die Nachholprüfung findet ebenfalls als Video-Hausarbeit statt.
Regeln zur Online-Lehre
Sehr viele Lehrveranstaltungen finden während der Schließung der LMU online statt. Als Dozenten bitten wir um Nachsicht, falls Dinge nicht immer perfekt laufen und hoffen auf Ihre konstruktive Mitarbeit. In dieser Situation gelten zudem online einige Regeln, die im realen Leben ohnehin klar wären, auf die wir hier aber explizit hinweisen möchten:
Wer eine dieser Regeln verletzt, muss damit rechnen, von der fraglichen Veranstaltung ausgeschlossen zu werden und wir behalten uns weitere Schritte vor. Mit allen anderen freuen wir uns auf das gemeinsame Experiment "Online-Semester".
Rules for Online Teaching
While LMU is closed, most teaching happens currently online. As teachers, we ask you to be forgiving if things should not work perfectly right away, and we hope for your constructive participation. In this situation, we would also like to explicitly point out some rules, which would be self-evident in real life:
If you violate one of these rules, you can expect to be expelled from the respective course, and we reserve the right for further action. With all others, we are looking forward to the joint experiment of an "online semester".
Übungen
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
Artur K. Ekert
Physical review letters: Quantum cryptography based on Bell's theorem
Charles H. Bennett and Gilles Brassard
Quantum cryptography: Public key distribution and coin tossing
Web Links
IBM Quantum Computer experience
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: