Quanten-Computing

Das Praktikum besteht aus der Bearbeitung der Übungsaufgaben: Jede Woche gibt es ein Übungsblatt mit größtenteils rechnerischen Übungsaufgaben, teilweise aber auch mit Aufgaben die zur Programmierung in Qiskit auffordern. Sie sollen die Übungen bearbeiten und Ihre Lösungen zu den rechnerischen Übungsaufgaben unter https://fh-aachen.sciebo.de/s/kKIyykkxNvPiU6V hochladen (pro Übungsblatt als EINE pdf-Datei, benannt nach ihrem Nachnamen, also z.B. Hoever.pdf). Ferner sollen Sie im Übungsverwaltungssystem (nur aus dem FH-Netz oder über VPN!) angeben, welche Aufgaben Sie bearbeitet bzw. gelöst haben; bitte setzen Sie bei gelösten Aufgaben auch ein Häkchen bei bearbeitet. Für jedes Häkchen gibt es einen Punkt. Bei den Qiskit-Aufgaben gibt es nur ein Häkchen, allerdings mit erhöhter Punktzahl.
Am Ende des Semesters müssen Sie mindestens 50% aller möglichen Punkte erreicht haben.
Deadline ist jeweils mittwochs 13:30 Uhr.

• 1. Übungsblatt, Lösungen
• 2. Übungsblatt, Lösungen
• 3. Übungsblatt, Lösungen
• 4. Übungsblatt, Lösungen
• 5. Übungsblatt, Lösungen
• 6. Übungsblatt, Lösungen
• 7. Übungsblatt, Lösungen
• 8. Übungsblatt, Lösungen
• 9. Übungsblatt, Lösungen
• 10. Übungsblatt, Lösungen
• 11. Übungsblatt, Lösungen

• Zur Vorlesung gibt es ein Skript.
• Weitere Literatur: "Quanten Computing verstehen" von Matthias Homeister (Springer)

Weitere Links:

• Qiskit:
  • Link zur Internetseite
  • Algorithmus von Deutsch als Jupyter-Notebook und in einer html-Version
  • Algorithmus von Bernstein-Vazirani als Jupyter-Notebook und in einer html-Version
  • Grover-Algorithmus:
    • mit n=3 und gewürfeltem Orakel als Jupyter-Notebook und in einer html-Version
    • mit n=3 und Schaltkreis als Orakel als Jupyter-Notebook und in einer html-Version
    • mit beliebigem n als Jupyter-Notebook und in einer html-Version
  • BB84-Protokoll mit Eve wie bei Übungsblatt 10, Aufgabe 6 als Jupyter-Notebook und in einer html-Version
• Visualisierungen eines Qubits (von Tom Kadler)
  • im R^2
  • auf der Blochkugel mit Schiebereglern
  • auf der Blochkugel mit Winkelangabe
• Video von 3Blue1Brown zum Grover-Algorithmus und Ergänzung dazu
• Heise-Newsletter zu QKD und Post-Quanten-Kryptographie

Aufzeichnungen:

• 26.03.25: Organisatorisches, Einführung und Geschichtliches, Qubits: Einführung, Visualisierung von Qubits, komplexes Skalarprodukt und unitäre Matrizen, Gatter insbesondere Hadamard-Gatter, weitere Gatter und erster Algorithmus
• 02.04.25: Besprechung der Übungen, Zusammenfassung zweier Qubits, Allgemeine 2-Qubit-Register, Verschränktheitsmaß
• 09.04.25: Besprechung der Übungen, Messung von Qubits, Modifikation bei mehreren Qubits, CNOT-Gatter
• 16.04.25: Besprechung der Übungen, n-Qubit-Register, Modifikation bei mehreren Qubits, no-cloning-Theorem (Aufzeichnung vergessen; hier eine vom Vorjahr)
• 23.04.25: Besprechung der Übungen, Algorithmus von Deutsch, Algorithmus von Deutsch-Jozsa, Algorithmus von Bernstein-Vazirani
• 30.04.25: Besprechung der Übungen, Was kann ein Quantencomputer?, Toffoli-Gatter, Komplexitätsklassen
• 07.05.25: Besprechung der Übungen, Die Physik hinter dem Quanten-Computer (Prof. Hüning)
• 14.05.25: Grover-Algorithmus: Idee und Schaltkreis, Analyse, Mehrere Treffer
• 21.05.25: Besprechung der Übungen, Teleportation, dichte Codierung, Optimalität
• 04.06.25: Besprechung der Übungen, Messungen, BB84-Protokoll, weitere Angriffe
• 11.06.25: Besprechung der Übungen (1), Besprechung der Übungen (2), E91-Protokoll, Reale Anwendung
• 25.06.25: Besprechung der Übungen, Diskrete Fourier-Transformation, QFT, QFT-Realisierung
• 02.07.25: Besprechung der Übungen, Shor-Algorithmus: klassischer Teil, DFT, Quanten-Schaltkreis, Demo

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