Quantenschaltungen

NUMMER:	141146
KÜRZEL:	QS
MODULBEAUFTRAGTE:R:	Dr. rer. nat. Philipp Niemann
DOZENT:IN:	Prof. Dr. Philipp Niemann
FAKULTÄT:	Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
SPRACHE:	Deutsch
SWS:	3
CREDITS:	5
ANGEBOTEN IM:	jedes Sommersemester

PRÜFUNGEN

FORM:	mundlich
TERMIN:	Siehe Prüfungsamt.

LERNFORM

Vorlesungen und Übungen

LERNZIELE

Die Studierenden kennen Zusammenhänge und haben Detailkenntnisse bezüglich des ¨
Entwurfes von Schaltungen für Quantencomputer. Dies schließt neben Verfahren zur Synthese ¨
und Optimierung der Schaltungen auch die Simulation von Quantenschaltungen auf klassischen
Computern ein. Darüber hinaus haben Teilnehmer dieser Veranstaltung ein Verständnis der spezifischen Herausforderungen sowohl auf logischer Ebene (z. B. hinsichtlich der Reversibilität der
realisierten Funktionen und der exponentiellen Gr¨oße entsprechender Funktionsdarstellungen)
sowie auf der physikalischen Ebene (etwa hinsichtlich der eingeschr¨ankten Gatterbibliothek,
topologischer Einschr¨ankungen sowie Fehlertoleranz).

INHALT

Nach einer kurzen Einführung in das Rechnen mit Quanten ( ¨
”
Quantum Computing“)
beschäftigt sich die Vorlesung mit der Frage, wie die dafür benötigten Schaltungen entworfen
werden müssen, damit sie möglichst effizient auf echten Quantencomputern ausgeführt werden ¨
können. Da Quantenschaltungen außer dem Namen kaum etwas mit konventionellen Schaltkreisen gemeinsam haben, sind bei diesem Entwurf auch ganz andere Herausforderungen und
Probleme zu lösen, die teilweise eher denen von Software-Compilern ähneln. Insbesondere ist
auch kein tieferes Verständnis der quantenmechanischen Grundlagen nötig, um die Inhalte der
Veranstaltung nachvollziehen zu können. Behandelt werden dabei u.a. folgende Themen:
• Synthese von reversiblen Boole’schen Funktionen
• Einbettung von nicht-reversiblen Boole’schen Funktionen
• Zerlegung von komplexen Quantengattern in elementare Quantengatter
• effiziente Funktionsdarstellung von Quantenschaltungen
• Simulation von Quantenschaltungen auf klassischen Rechnern
• Transformation von Quantenschaltungen für NISQ-Quantencomputer ¨
Alle Themen und Verfahren werden anhand geeigneter Software-Werkzeuge (z.B. cirkit,QisKit) und soweit möglich auch auf öffentlich zugänglichen Quantenrechnern (z.B. IBM Q
Experience) in der Praxis nachvollzogen

VORAUSSETZUNGEN CREDITS

Keine

LITERATUR

1] Niemann, Philipp, Wille, Robert ”Compact Representations for the Design
of Quantum Logic”, Springer, 2017
[2] Chuang, Isaac L. , Nielsen, Michael A. ”Quantum Computation and Quantum Information”, Cambridge University Press, 2000
[3] Mermin, David N. ”Quantum Computer Science - An Introduction”, Cambridge University Press, 2007