Transcript Quantencomputer - Technische Universität Dresden

Fakultät Informatik » Institut für Technische Informatik » Professur für VLSI-Entwurfssysteme, Diagnostik und Architektur
Quantencomputer
Die Computer der Zukunft?
Dresden, 28.11.2012
Gliederung
Motivation
Allgemeine Funktionsweise
Quantenregister
Funktionsgatter
Geschichtliches und Aktuelles
Anwendungen für Quantencomputer
Ausblick
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 2 von XY
Motivation
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 3 von XY
Serge Haroche (* 11.09.1944)
David J. Wineland (* 24.02.1944)
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 4 von XY
Allgemeine Funktionsweise
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 5 von XY
Superposition
0
1
0 oder 1
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 6 von XY
Verschränkung
1
2
1
2
Dresden, 28.11.2012
Messung
0 + 1
|0〉
0 + 1
|1〉
Quantencomputer
Folie Nr. 7 von XY
Quantenregister
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 8 von XY
Quantenregister
• Quantenregister speichern ähnlich wie
klassische Register eine Bitsequenz
• Ein Quantenregister der Länge n speichert n
Qubits
• Beispiele für Aneinanderkettung:
• 0 ⊗ 0 ⊗ 1 ≡ 001 ≡ 1
• 1 ⊗ 1 ⊗ 0 ≡ 110 ≡ 6
• Auch Superposition (Überlagerung) möglich:
1
• 2 0 + 1 ⊗ 1 ⊗ 1
≡
≡
1
2
1
2
Dresden, 28.11.2012
011 + 111
3 + 7
Klassisches 4-Bit-Register aus D-FFs
Quantencomputer
Folie Nr. 9 von XY
Funktionsgatter
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 10 von XY
1-Bit-Gatter
Bezeichnung
Prinzip bei
Dekohärenz
Identität
𝐴′ = 𝐴
00
11
NOT-Gatter
𝐴′ = 𝐴
01
10
Dresden, 28.11.2012
Prinzip bei Superposition
Quantencomputer
Folie Nr. 11 von XY
2-Bit-Gatter
Symbol
Dresden, 28.11.2012
Bezeichnung
Funktion
Kontrolliertes NICHT-Gatter
(CNOT)
00
01
10
11
→ 00
→ |01〉
→ |11〉
→ |10〉
Austauschknoten
(Swap)
00
01
10
11
→ 00
→ |10〉
→ |01〉
→ |11〉
Quantencomputer
Folie Nr. 12 von XY
Geschichtliches und Aktuelles
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 13 von XY
Geschichtliches und Aktuelles
2002:
2005:
2007:
2008:
2011:
2012:
Faktorisieren der Zahl 15 (in 5 und 3) mit 7 Qubits
erstes Quantenbyte
Erster kommerzieller Quantenrechner von D-Wave –Systems
D-Wave vermarktet 128-Qubit-Rechner
Faktorzerlegung von 143 mit 4 Qubits
Berechnung von Ramsey-Zahl R(8,2) mit 84 Qubits
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 14 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. 15 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:
Rote Kante:
Dresden, 28.11.2012
Gäste kennen sich
Gäste kennen sich nicht
Quantencomputer
Quelle: D-Wave Systems
Folie Nr. 16 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. 17 von XY
Anwendungen für
Quantencomputer
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 18 von XY
Anwendungen
Design auf Molekularebene
Durchsuchen von Datenbanken
Schachcomputer
Optische Atomuhren
Kryptographie
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 19 von XY
Ausblick
Dresden, 28.11.2012
Quantencomputer
Folie Nr. 20 von XY
Quellen
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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-derQuantenphysik.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