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Einführung in Quantencomputing

Vorlesung mit Übung im Sommersemester 2020
Prof. Dr. D. Kranzlmüller, T. Guggemos,
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

D-Wave
source: D-Wave

IBM Q
source: IBM Q

News

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
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