course: Quantum Circuits

number:
141146
teaching methods:
lecture with tutorials
media:
Moodle
responsible person:
Prof. Dr. Philipp Niemann
lecturer:
Prof. Dr. Philipp Niemann (ETIT)
language:
german
HWS:
3
CP:
5
offered in:
summer term

dates in summer term

  • start: Tuesday the 13.04.2021
  • lecture Tuesdays: from 09:15 to 10.45 o'clock
  • tutorial Tuesdays: from 11:00 to 11.45 o'clock according to agreement

Exam

Die Angaben zu den Prüfungsmodalitäten (im WiSe 2020/2021 | SoSe 2021) erfolgen vorbehaltlich der aktuellen Situation. Notwendige Änderungen aufgrund universitärer Vorgaben werden zeitnah bekanntgegeben.

Date according to prior agreement with lecturer.

Form of exam:oral
Registration for exam:FlexNow
Duration:30min

goals

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 Größe entsprechender Funktionsdarstellungen) sowie auf der physikalischen Ebene (etwa hinsichtlich der eingeschränkten Gatterbibliothek, topologischer Einschränkungen sowie Fehlertoleranz).

content

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.

requirements

Keine

literature

  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