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

Wednesday 9:15-10:45 o'clock:

Lecture (Room NEW 15, 2'102)

Thursday 11:15-12:00 o'clock: 

Lecture (Room NEW 15, 2'102)

Thursday 12:00-12:45 o'clock:

Exercises (Room NEW 15, 2'102)

Neuigkeiten / News:

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Woche / Week

Vorlesung / Lecture

Übungen / Exercises

08.04.-12.04.19

Wednesday, 10.04.,

9:15-10:45(!) o'clock

Thursday, 11.04.,

11:15-12:45(!) o'clock

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(lecture instead)

Kursinformation / Overview (see below)

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.

Kursinhalt:

• Quantenmechanische Grundlagen (kurze Auffrischung)
• Basisgrundlagen der Informatik (Computermodelle,Komplexitätsklassen)
• Grundkonzepte des Quantencomputers
• Quantencomputeralgorithmen
• Quantensimulatoren (analoge Quantencomputer)
• Fehlerkorrektur
• Quantenkryptographie
• Alternative Konzepte (Einwegquantencomputer u.ä.)
• Experimentelle Realisierungen

Overview:

• Basic quantum mechanical principles (brief reminder)
• Basic concepts of computer science
• Basic principles of a quantum computer
• Quantum-computer algorithms
• Quantum simulators (analog quantum computers)
• Error correction
• Quantum cryptography
• Alternative concepts for quantum computers like one-way quantum computing
• Experimental realizations