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Humboldt-Universität zu Berlin - Mathematisch-Naturwissen­schaft­liche Fakultät - Modern Optics

Quanteninformation und Quantencomputer

Lehrende: A. Saenz und O. Benson

                                     

                                   Termine                                   

Donnerstags 13:15 Uhr: 

Vorlesung (Raum NEW 14, 1'11)

Mittwochs 15:15 Uhr:

Übung Gruppe I (Raum NEW 15, 2'101)

Donnerstags 10:15 Uhr:

Übung Gruppe II (Raum NEW 15, 3'101)

 

Aktuelles

Für die mündlichen Abschlussprüfungen gibt es folgende Wahlmöglichkeiten:

Block 1: 14.07.-16.07.2014

Block 2: 15.09.-17.09.2014

Block 3: 30.09.-02.10.2014

Block 4:    November 2014

Es wird um die möglichst zeitnahe Anmeldung (per E-Mail) für die Auswahl eines der Blöcke gebeten.

Anmeldeschluss für Block 2: 07.09.2014.

Anmeldeschluss für Block 3: 19.09.2014.

 

Terminübersicht:

Woche

Übung (Gruppe I)

Übung (Gruppe II)

Vorlesung

12.05.-16.05.

Mittwoch,14.05.,

15:15-16:45 Uhr, 

Blätter 2+3

Donnerstag,15.05.,

10:15-11:00 Uhr,

Blatt 3

---

(verschoben auf 22.05.)

19.05.-23.05.

---

(verschoben auf 28.05.)

(Vorlesung:

 21.05., 15:15-16:45 Uhr)

---

(verschoben auf 05.06.)

(Vorlesung:

 22.05., 9:15-10:45 Uhr)

Mittwoch, 21.05.,

15:15-16:45 Uhr

(Gruppe I)

sowie

Donnerstag, 22.05.,

09:15-10:45 Uhr

(Gruppe II)

+

Donnerstag, 22.05.,

13:15-14:45 Uhr

26.05.-30.05.

---

(verschoben auf 04.06.)

 

---

(Christi Himmelfahrt)

---

(Christi Himmelfahrt)

02.06.-06.06.

Mittwoch,04.06.,

15:15-16:45 Uhr,

Blätter 4+5

Donnerstag, 05.06.

09:15-10:45 Uhr,

Blätter 4+5

Donnerstag, 05.06.,

13:15-14:45 Uhr

09.06.-13.06.

Mittwoch,11.06.,

15:15-16:00 Uhr,

Blatt 6

Donnerstag, 12.06.,

10:15-11:00 Uhr,

Blatt 6

Donnerstag, 12.06.,

13:15-14:45 Uhr

16.06.-20.06.

---

(Vorlesung am 18.06., 15:15-16:00 Uhr, Oliver Benson)

---

(Vorlesung am 19.06., 10:15-11:00 Uhr, Oliver Benson)

Mittwoch, 18.06.,

15:15-16:00 Uhr (Benson)

(Gruppe I)

sowie

Donnerstag,

19.06.,

10:15-11:00 Uhr (Benson)

(Gruppe II)

+

Donnerstag, 19.06.,

13:15-14:45 Uhr (Benson)

23.06.-27.06.

Mittwoch,25.06., 15:15-16:00Uhr

Blatt 7

Donnerstag,26.06., 10:15-11:00 Uhr

Blatt 7

Donnerstag, 26.06., 13:15-14:45 Uhr

30.06.-04.07.

Mittwoch,02.07., 15:15-16:00Uhr

(O. Benson)

Donnerstag,03.07., 10:15-11:00 Uhr

(O. Benson)

Donnerstag, 03.07., 13:15-14:45 Uhr

(O. Benson)

07.07.-11.07.

Mittwoch,09.07., 15:15-16:00Uhr

Blatt 8

Donnerstag,10.07., 10:15-11:00 Uhr

Blatt 8

Donnerstag, 10.07., 13:15-14:45 Uhr

14.07.-18.07.

Mittwoch,16.07., 15:15-16:00Uhr

(O. Benson)

Donnerstag,17.07., 10:15-11:00Uhr

(O. Benson)

Donnerstag, 17.07., 13:15-14:45 Uhr

(O. Benson)

 

Kursmaterialien

 

17.04.14

Übungsblatt 1

   

24.04.14

Übungsblatt 2

Übungsblatt 2 (english)

Vorlesungsfolien 1

08.05.14

Übungsblatt 3

Übungsblatt 3 (english)

Vorlesungsfolien 2

22.05.14

Übungsblatt 4

Übungsblatt 4 (english)

 

29.05.14

Übungsblatt 5

Übungsblatt 5 (english)

 

05.06.14

Übungsblatt 6

Übungsblatt 6 (english)

 

12.06.14

Übungsblatt 7

Übungsblatt 7 (english)

 

18.06.14

 

Nogues et al., Nature 400, 239 (1999)

Hofmann et al., Phys. Rev. A 66, 024308 (2002)

Gleyzes et al., Nature 446, 297 (2007)

Politi et al., Science 320, 646 (2008)

(Supplemental Material)

Vorlesungsfolien Experimentalteil

26.06.14

Übungsblatt 8

Übungsblatt 8 (english)

 

03.07.14

 

Gulde et al., Nature 421, 48 (2003)

Riebe et al., Nature 429, 734 (2004)

Barrett et al., Nature 429, 737 (2004)

Fushman et al., Science 320, 769 (2008)

 

08.07.14

   

Vorlesungsfolien 3 (Shor)

 

Kursinformation

Der Kurs versucht, den Teilnehmern einen Einblick in das immer noch recht junge und vielbeachtete Thema der Quanteninformation zu geben. Gemäß dem Mooreschen "Gesetz" verdoppelt sich die für den gleichen Preis verfügbare Computerleistung etwa alle zwei Jahre. Eine entsprechende Extrapolation auf die nahe Zukunft bedeutet aber, dass die Schaltkreise schon bald in einen Bereich vorstoßen, in dem Quanteneffekte nicht mehr vernachlässigt werden können. Neben dem Ansatz, Korrekturen für diese nicht-deterministischen Quantenphänomene zu finden, kann man sich natürlich auch fragen, ob nicht gerade die Quantenwelt völlig neue Computer ermöglicht, wie es schon früh von Feynman postuliert wurde. In den letzten Jahren ist dieser Ansatz eines Quantencomputers auf enormes Interesse gestoßen, insbesondere nachdem gezeigt wurde, dass man einen Quantenalgorithmus formulieren kann, der mit relativ wenigen Bits und Rechenoperationen sehr große Zahlen faktorisieren kann. Da dies mit den bekannten klassischen Computern extrem aufwändig ist und daher bei der Verschlüsselung von Daten (Banken, Geheimdienste etc.) verwendet wird, wäre ein Quantencomputer von enormer praktischer Bedeutung. Es gäbe aber noch andere interessante Anwendungen für Quantencomputer, weshalb derzeit viele Physiker damit beschäftigt sind, einen Quantencomputer mit mehr als ein paar Bits (hier genaugenommen Quanten- also Qubits) zu konzipieren. Dieses Forschungsgebiet ist aber auch deshalb sehr interessant, weil es ein tieferes Verständnis der Quantenwelt ermöglicht. So hat sich herausgestellt, dass Quantencomputer zwar unter Umständen die derzeit üblichsten Codes knacken können, dass aber umgekehrt die Quantenwelt ganz neue Verschlüsselungsstrategien erlaubt, was in dem ebenfalls zur Quanteninformation gehörigen Gebiet der Quantenkryptographie untersucht wird.

Diese Veranstaltung diskutiert also zunächst die wichtigsten relevanten quantenmechanischen Grundlagen, den Unterschied zwischen klassischen Bits und Qubits, die Besonderheiten von Quantenalgorithmen im Vergleich zu klassischen Computeralgorithmen, die experimentellen Ansätze und Hürden auf dem Weg zu einem Quantencomputer sowie die wesentlichen Grundlagen von Quantenkommunikation und -kryptographie.

 

 

 

LITERATUR:

 

Michael A. Nielsen and Isaac L. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information , Cambridge University Press.

Joachim Stolze, Dieter Suter, Quantum Computing , Wiley-VCH.

D. Bouwmeester, A. Ekert, A. Zeilinger, The Physics of Quantum Information , Springer.