Einführung in die Quantentechnologien der Informationstechnik (Übung)

Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Nummer0000004962
ArtÜbung
Umfang2 SWS
SemesterWintersemester 2019/20
UnterrichtsspracheDeutsch
Stellung in StudienplänenSiehe TUMonline
TermineSiehe TUMonline

Termine

Teilnahmekriterien

Lernziele

Nach dem erfolgreichen Abschluss des Moduls sind die Studenten mit den Grundlagen des Quantencomputers und seiner Hardware Implementierung vertraut. Sie kennen die Vorteile des Quantencomputers und können einfache Gatterimplementierungen des Quanten Computers angeben. Sie kennen weiterhin die Basisprotokolle der Quanteninformationstechnik. Sie können für diese Basisprotokolle einfache Implementierungen entwickeln.

Beschreibung

In der Vorlesung werden fundamentale Aspekte der Quantentechnologien in der Informationstechnik entwickelt. Dazu werden die mathematischen Grundlagen der Quantenphysik vorgestellt. In der Vorlesung werden darauf aufbauend die Grundlagen des Quanten Computers entwickelt. Es werden einfache Algorithmen zur Lösung von wichtigen klassischen Fragestellungen, wie zum Beispiel RSA Faktorisierung vorgestellt. es werden die Gates zur Implementierung eines universellen Quanten Computers eingeführt. Fragen der Fehlerkorrektur für diese Gates werden diskutiert. Weiterhin werden die Basisprotokolle der Quanten Kommunikation vorgestellt. Es werden die Protokolle zur Erzeugung von sicheren Schlüsseln, zur Erzeugung von Verschränkung zwischen physikalischen Systemen und zur Übertragung von Verschränkung zwischen verteilten Sendern und Empfängern vorgestellt. Verschränkung als neue physikalische Ressource wird eingeführt. Es werden die Grundlagen einer Ressourcentheorie zum Umgang mit Verschränkung entwickelt. Es werden ausgewählte Beispiele den Vorteil von Verschränkung gegenüber allen klassischen Ressourcen eingeführt und diskutiert.

Inhaltliche Voraussetzungen

Analysis 1-3, Signaldarstellung, grundlegende Kenntnisse in Signal- und Systemtheorie

Lehr- und Lernmethoden

In den Übungen werden vor allem konkrete Algorithmen betrachtet. Hier sollen die Studenten durch das selbstständige und angeleitete Lösen von Übungsaufgaben, konkrete Implementierungen einzelner Algorithmen kennen lernen. Gleichzeitig werden durch den Übungsassistenten notwendige Hilfsresultate an der Tafel hergeleitet und erklärt.

Studien-, Prüfungsleistung

Die Modulprüfung wird in Form einer mündlichen Prüfung erbracht. In dieser soll durch das Beantworten von Fragen zu den Grundlagen der Quantentheorie, des Quanten Computers und der Quantenprotokolle sowie durch Darlegung eines Lösungsansatzes für ein gegebenes Problem nachgewiesen werden, dass die Studierenden die Basisarchitekturen und Basisalgorithmen sicher einsetzen können. Während der Prüfung sind keine Hilfsmittel zugelassen.

Empfohlene Literatur

Mark Wilde Quantum Information Theory, Cambridge University Press, 2017. M. A. Nielsen and I. L. Chuang, "Quantum Computation and Quantum Information", Cambridge University Press, 2000.

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