Quantencomputer – eine neue Ära des Rechnens?

Worum geht es im Kurs?

Was sind Quantencomputer und was ist ihr Potential?

Computer, wie wir sie kennen und nutzen, beruhen auf klassischer Physik, der Physik von Newton. Klassische Physik ist hinreichend, um die makroskopische Welt zu beschreiben. Um die Welt der Atome zu beschreiben, braucht es Quantenphysik. Sie wurde in den letzten 120 Jahren beginnend mit Planck und Einstein entwickelt.

Quantenphyik erlaubt Phänomene, die es klassisch nicht gibt. Sie erlaubt Quantenrechner, die potentiell für manche Aufgaben effizienter sind als klassische Rechner. Quantenrechner verschieben nicht die Grenze zwischen berechenbar und nicht-berechenbar, aber sie verschieben die Grenze zwischen effizient berechenbar und nicht effizient berechenbar.

An welchen Aufgaben kann sich die Quantenüberlegenheit zeigen? Da ist zunächst die Simulation von Quantenphysik. Effizientere Simulation würde zu einem tieferen Verständnis des Ablaufs chemischer Reaktionen und von Materialeigenschaften führen. Ein anderes Beispiel ist die Zerlegung von natürlichen Zahlen in ihre Primfaktoren. Dafür ist kein effizienter klassischer Algorithmus bekannt und die Sicherheit einiger kryptographischer Verfahren beruht auf der Komplexität dieser Aufgabe. Quantenrechner würden diese Sicherheit gefährden.

Sie haben wahrscheinlich kaum Kenntnisse der Quantenphysik. Das macht nichts. Was Sie wissen müssen, lernen Sie in diesem Kurs.

Inhalte

1. Das Potential von Quantenrechnern
2. Grundlagen von Quantenrechnern: Qbits, Überlagerung, Elementaroperationen, Inspektion, Fehlertoleranz
3. Der Algorithmus von Grover
4. Stand der Realisierung und Hindernisse

Bestandteile des Kurses

1. Videos
2. Folien
3. Quizzes
4. Zertifikat

Danksagung

Ich danke meinen (ehemaligen und aktuellen) Mitarbeitern, mit deren Hilfe ich die Vorlesung Ideen und Konzepte der Informatik an der Universität des Saarlandes entwickelt habe:

Dr. Konstantinos Panagiotou, Dr. Adrian Neumann, Dr. Antonios Antoniadis, Dr. Corinna Coupette und Angelina Mansion.

Dieser Kurs und die gesamte Kursreihe bauen auf dieser Vorlesung auf.

Kursinhalt

Was werden Sie lernen?

1. Grundlegendes Verständnis der Arbeitsweise von Quantenrechnern
2. Beispiele für Quantenüberlegenheit
3. Ein Quantenalgorithmus: der Algorithmus von Grover
4. Stand der Realisierung von Quantenrechnern.
5. Hindernisse auf dem Weg zu Quantenrechnern

An wen richtet sich der Kurs?

Alle, die mehr über Quantenrechner wissen wollen.

Lehrende

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Kurt Mehlhorn

Kurt Mehlhorn ist begeisterter Forscher und Lehrer. Er ist der festen Überzeugung, dass alle Bürger(innen) Grundkenntnisse in Informatik haben sollten; dafür hat er diese Kurse entwickelt. Er ist Seniorprofessor für Informatik an der Universität des Saarlandes und war Direktor am Max-Planck-Institut für Informatik. Er ist Koautor von über 300 Veröffentlichungen und sechs Büchern und einer der Architekten der Algorithmenbibliothek LEDA. Bei ihm haben mehr als 80 Doktorand(inn)en promoviert. Er erhielt mehrere Auszeichnungen, darunter den Leibniz Preis, den ACM Theory and Practice Award und fünf Ehrendoktoren. Er hat die Algorithmic Solutions Software GmbH mitgegründet, ist verheiratet und Vater von drei Kindern. Wenn Sie mehr über ihn wissen wollen, besuchen Sie seine Webseite (https://people.mpi-inf.mpg.de/~mehlhorn/).