Quantencomputer Die Computer der Zukunft? Fakultät Informatik » Institut für Technische...
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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