Quantencomputer

Die Computer der Zukunft?

Fakultät Informatik » Institut für Technische Informatik » Professur für VLSI-Entwurfssysteme, Diagnostik und Architektur

Dresden, 28.11.2012

Gliederung

MotivationAllgemeine FunktionsweiseQuantenregisterFunktionsgatterGeschichtliches und AktuellesAnwendungen für QuantencomputerAusblick

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 2 von XY

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 3 von XY

Motivation

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 4 von XY

Serge Haroche (* 11.09.1944)

David J. Wineland (* 24.02.1944)

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 5 von XY

Allgemeine Funktionsweise

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 6 von XY

Superposition

0

1

0 oder 1

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 7 von XY

Verschränkung

1

√2(|0 ⟩+|1 ⟩ )

1

√2(|0 ⟩+|1 ⟩ )

Messung¿0 ⟩

¿1⟩

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 8 von XY

Quantenregister

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 9 von XY

Quantenregister

Klassisches 4-Bit-Register aus D-FFs

• Quantenregister speichern ähnlich wie klassische Register eine Bitsequenz

• Ein Quantenregister der Länge n speichert n Qubits

• Beispiele für Aneinanderkettung:

•

• Auch Superposition (Überlagerung) möglich:•

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 10 von XY

Funktionsgatter

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 11 von XY

1-Bit-Gatter

Bezeichnung Prinzip bei Dekohärenz

Prinzip bei Superposition

Identität 0 01 1

NOT-Gatter 0 11 0

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 12 von XY

2-Bit-Gatter

Symbol Bezeichnung Funktion

Kontrolliertes NICHT-Gatter(CNOT)

Austauschknoten(Swap)

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 13 von XY

Geschichtliches und Aktuelles

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 14 von XY

2002: Faktorisieren der Zahl 15 (in 5 und 3) mit 7 Qubits2005: erstes Quantenbyte 2007: Erster kommerzieller Quantenrechner von D-Wave –Systems2008: D-Wave vermarktet 128-Qubit-Rechner 2011: Faktorzerlegung von 143 mit 4 Qubits 2012: Berechnung von Ramsey-Zahl R(8,2) mit 84 Qubits

Geschichtliches und Aktuelles

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 15 von XY

Ramsey-Algorithmus (1)

Wie viele Gäste braucht man mindestens, wenn es unter ihnen eine Gruppe geben soll, in der sich 3 gegenseitig kennen bzw. eine Gruppe von 3 Gästen, die sich noch nicht kennen?

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 16 von XY

Ramsey-Algorithmus (2)

Wie viele Gäste braucht man mindestens, wenn es unter ihnen eine Gruppe geben soll, in der sich 3 gegenseitig kennen bzw. eine Gruppe von 3 Gästen, die sich noch nicht kennen?

Lösung: R(3,3) = 6

Blaue Kante: Gäste kennen sichRote Kante: Gäste kennen sich nicht Quelle: D-Wave Systems

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 17 von XY

Ramsey-Algorithmus (3)

ungarischer Mathematiker Paul Erdös:

Würden Aliens auf der Erde landen und uns nur am Leben lassen, wenn wir ihnen binnen eines Jahres die Ramsey-Zahl R(5,5) nennen könnten, müsste die Menschheit fix ihre klügsten Köpfe und die besten Rechner versammeln. Dann hätte sie vielleicht eine Chance zu überleben. Würden die Aliens hingegen R(6,6) von uns wissen wollten, sollten wir besser sofort zum Gegenangriff übergehen. Denn R(6,6) wäre schon zu schwierig zu lösen.

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 18 von XY

Anwendungen für Quantencomputer

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 19 von XY

Anwendungen

Design auf MolekularebeneDurchsuchen von DatenbankenSchachcomputerOptische AtomuhrenKryptographie

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 20 von XY

Ausblick

Quellen

• http://itp1.uni-stuttgart.de/lehre/vorlesungen/hauptseminar/ss2011/13_Vortrag_Maier.pdf• http://de.wikipedia.org/wiki/Quantencomputer• http://www.quantencomputer.de/• http://www.heise.de/tr/artikel/Frischer-Wind-fuers-Quantencomputing-1417416.html• http://www.zeit.de/wissen/2012-10/nobelpreis-physik-preistraeger• http://www.welt.de/wissenschaft/article109720739/Einblicke-in-die-bizarre-Welt-der-

Quantenphysik.html• http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Quantengatter• http://www.heise.de/tp/artikel/37/37896/1.html• http://homepages.physik.uni-muenchen.de/~milq/quantencomp/quantencomputer.pdf• http://www.heise.de/newsticker/meldung/Erstes-Quantenbyte-erzeugt-153527.html

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 21 von XY