Lectures WS 2004/2005

Quantum Computing: Grundlagen und Realisierungen

Dr. Martin Brandt

Seminar
Montag 9:30 Uhr, Seminarraum, Walter Schottky Institut
Kontakt: Martin Brandt, Tel.: 289 12758, email: mbrandt@ph.tum.de

  1. Grundlagen
    8. Nov. Quantengatter
    15. Nov. Verschränkte Zustände (EPR,Bell)
    22. Nov. Universalität von Quantengattern
    29. Nov. Quantenalgorithmen
    6. Dez. Fehlerkorrektur
    13. Dez. Quantenkryptographie
    24. Jan. Quanteninformationstheorie
  2. Realisierungen
    20. Dez. NMR: Wie lese ich einen Spin aus?
    10. Jan. Dichteoperator
    17. Jan. NMR Quantum Computing
    ESR: Quantum Computing mit Donatoren
    Supraleitende Qubits

Physik des Quantencomputing

Dr. Frank Wilhelm

Vorlesung TVI
Montag 14-16 Uhr, Mittwoch 14-16 Uhr, jeweils SR 449 in der Theresienstrasse 37

Quantencomputing, die Nutzung generisch quantenmechanischer Effekte zur Informationsverarbeitung, ist in den letzten Jahren zu einem der aktivsten Forschungsgebiete der Physik geworden. Die Ideen des Quantencomputing und die physikalischen Hintergründe möglicher Realisierungen von Quantencomputern erlauben gleichzeitig eine neue Perspektive auf Grundfragen der Quantenmechanik. In dieser Vorlesung sollen im ersten Teil die wichtigsten Grundlagen des Quantencomputing vorgestellt werden. Im zweiten Teil soll die Dekohärenz, der Übergang der Quantenphysik in mehr und mehr klassische Theorien, behandelt werden, die insbesondere für Festkörper-Quantencomputing eine entscheidende Rolle spielt.

  1. Grundlagen des Quantencomputing:
    1. Quantenmechanik von zwei-Niveau-Systemen, Verschränkung
    2. Quantum Circuits und DiVincenzo-Kriterien
    3. Quantenmechanische Datenbanksuche
    4. Quantenbits in der Kernspinresonanz
    5. Festkörper-Quantenbits in Cooper-Paar-Boxen
  2. Dekohärenztheorie und offene Quantensysteme
    1. Phänomenologie, Dichtematrix, Bloch- und Lindbladgleichung
    2. Das Spin-Boson-Modell und seine physikalischen Realisierungen
    3. Projektionsoperatorformalismus und Mastergleichungen
    4. Kontrolle und Messung von Dekohärenz: Spinecho, Spin Locking, Motional Narrowing Regime, dissipativer Phasenübergang
    5. Polaron-Transformation und NIBA, Starke Dekohärenz, inkohärentes
    6. Grundbegriffe der Quantenmessung, Übergang in die klassische Welt, Schrödingers Katze
Die Vorlesung wird auf Wunsch auf Englisch angeboten. Als Ergänzung wird das Hauptseminar "Realisierung und Anwendung von Quanteninformationssystemen" empfohlen.

Literatur: (Wird im Detail in der Vorlesung angegeben.)
  • The Physics of Quantum Information, ed. D. Bouwmeester, A. Ekert, A.
  • Zeilinger, (Springer-Verlag, Berlin), 2000.
  • M. Nielsen, I. Chuang, Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, 2001.
  • U. Weiss, Quantum Dissipative Systems, 2. Auflage, World Scientific, Singapore, 2000.
  • K. Blum, Density Matrix Theory and Applications, Plenum, 1996.
Schein: Ja

Realisierung und Anwendung von Quanteninformationssystemen

Dr. Frank Wilhelm

Hauptseminar
Mittwoch, 16-18 Uhr, SR 450 in der Theresienstrasse 37.
Vorkenntnisse: Hauptsächlich TIII. Es kommen auch einige Elemente aus TIV und TV vor. Kann parallel zu TV gehört werden

In diesem Seminar sollen ausgewählte, elementar zugängliche Themen aus der Quanteninformationsverarbeitung besprochen werden. Im ersten Teil geht es um Algorithmen und Protokolle, im zweiten Teil um physikalische Realisierungen. Das Seminar ergänzt die Vorlesung TVI: Physik des Quantencomputing (Wilhelm). Es ist natürlich auch möglich, es unabhängig zu besuchen, was etwas Mehraufwand erfordert. Vorbesprechung ist am ersten Termin am 20. Oktober.

  1. Das EPR-Paradoxon und die Bell'sche Ungleichung
  2. Quantenkommunikation und -schlüsselverteilung
  3. Quanten-Teleportation
  4. Quanten-Fehlerkorrektur
  5. Quanten-Fouriertransformation
  6. Shor's Algorithms
  7. Quantencomputing mit Ionenfallen I
  8. Quantencomputing mit Ionenfallen II
  9. Quantencomputing mit neutralen Atomen
  10. Cavity-Quantenelektrodynamik
  11. Quantenpunkte als Qubits
  12. Kernspinresonanz vertieft: Die Faktorisierung von 15
  13. Josephson vertieft: Fluss- und Phasenqubits
Literatur wird zu den einzelnen Vorträgen jeweils ausgegeben.
Schein: Ja
Vorkenntnisse: TIII. Für einige Themen sind für den Sprecher/die Sprecherin Vorkenntnisse in Atom- bzw. Festkörperphysik notwendig.