Einführung in Quantencomputing

Vorlesung mit Übung im Sommersemester 2021 Prof. Dr. D. Kranzlmüller, Dr. T. Guggemos,
M. Höb , S. Grundner-Culemann

Willkommen auf der Webseite zur Einführung in Quantencomputing im Sommersemester 2021. Auf dieser Seite finden Sie sämtliche Informationen zur Vorlesung und zu den begleitenden Übungen

D-Wave
source: D-Wave

IBM Q
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News

27.02.2021

Um an der Vorlesung teilzunehmen, bewerben Sie sich bitte ab sofort in Uni2Work. Die Bewerbungsphase endet am 6. April 2021 um 8 Uhr.

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 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 80 Studierende begrenzt.

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.

Bei den Übungen wird wöchentlich eine auf Deutsch und eine auf Englisch abgehalten.
Regarding the weekly excercises, one will be held in German and one in Englisch.

Termine

Vorlesung

Donnerstag, 13-16 Uhr
Die Vorlesung findet nur Online statt
Die erste Vorlesung findet am 15. April 2021 statt.

Übung Feynman (auf Deutsch)

Mittwoch, 10-12 Uhr
Die Übung findet nur Online statt
Die erste Übung findet am 21. April 2021 statt.

Übung Church (auf Englisch)

Dienstag, 10-12 Uhr
Die Übung findet nur Online statt
Die erste Übung findet am 20. April 2021 statt.

Prüfung

Informationen folgen.

Aktuelles

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:

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.

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:

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.

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".