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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

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Gliederung

MotivationAllgemeine FunktionsweiseQuantenregisterFunktionsgatterGeschichtliches und AktuellesAnwendungen für QuantencomputerAusblick

Dresden, 28.11.2012 Quantencomputer Folie Nr. 2 von XY

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Motivation

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Serge Haroche (* 11.09.1944)

David J. Wineland (* 24.02.1944)

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Allgemeine Funktionsweise

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Superposition

0

1

0 oder 1

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Verschränkung

1

√2(|0 ⟩+|1 ⟩ )

1

√2(|0 ⟩+|1 ⟩ )

Messung¿0 ⟩

¿1⟩

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Quantenregister

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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:•

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Funktionsgatter

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1-Bit-Gatter

Bezeichnung Prinzip bei Dekohärenz

Prinzip bei Superposition

Identität 0 01 1

NOT-Gatter 0 11 0

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2-Bit-Gatter

Symbol Bezeichnung Funktion

Kontrolliertes NICHT-Gatter(CNOT)

Austauschknoten(Swap)

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Geschichtliches und Aktuelles

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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

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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?

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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

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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.

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Anwendungen für Quantencomputer

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Anwendungen

Design auf MolekularebeneDurchsuchen von DatenbankenSchachcomputerOptische AtomuhrenKryptographie

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Ausblick

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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

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