Description
Das Praxisbuch zum Quantencomputing - mit Codebeispielen zur direkten Umsetzung
Was ist ein Qubit? Können Qubits wirklich zwei Zustände gleichzeitig annehmen? Und was bedeutet Quantenüberlegenheit? Quantencomputing schafft eine neue Dimension in der Verarbeitung von Informationen und liefert Ansätze für Probleme, die bisher nicht effizient gelöst werden können.
In diesem Leitfaden gibt Ihnen Dr. Kaveh Bashiri einen ausführlichen Einblick in die Grundlagen und Anwendungsszenarien des Quantencomputings. Sie lernen zunächst das theoretische Fundament kennen, bevor Sie auf diesem Verständnis bahnbrechende Quantenalgorithmen nachvollziehen. Dabei erwartet Sie ein praxisorientierter Zugang mit vielen Beispiele, die Sie selbst in Qiskit programmieren können.
Aus dem Inhalt:
- Hintergründe und Theorie
- Warum brauchen wir Quantencomputer?
- Mathematische Grundlagen: Lineare Algebra, Dirac-Notation, Wahrscheinlichkeitstheorie
- Von der klassischen Informatik zu den Quanten
- Elemente der Quantenmechanik
- Quantenschaltkreismodelle und Qubits
- Quantenverschränkungen
- Algorithmen und Anwendung: Deutsch-Jozsa, Simon, Shor, Grover und mehr
- Komplexitätstheorie und ein Blick in die Zukunft
1. Einleitung ... 13
1.1 ... Die Grenzen des klassischen Computers ... 13
1.2 ... Vom klassischen Computer zum Quantencomputer -- Grundideen ... 15
1.3 ... Auswirkungen, Nutzen und Gefahren ... 18
1.4 ... Quanteninformatik und die Realität ... 20
1.5 ... Über dieses Buch ... 22
1.6 ... Qiskit -- eine Entwicklungsumgebung für Quantencomputer ... 27
1.7 ... Plan-Check-Do-Act ... 28
1.8 ... Ausblick auf die Inhalte dieses Buchs ... 29
TEIL I. Vorbereitung ... 31
2. Mathematische Grundlagen ... 33
2.1 ... Formalismus ... 33
2.2 ... Grundlegende Notation ... 34
2.3 ... Komplexe Zahlen ... 36
2.4 ... Lineare Algebra ... 37
2.5 ... Die Dirac-Notation ... 46
2.6 ... Wahrscheinlichkeitstheorie ... 48
2.7 ... Übungen ... 51
2.8 ... Bibliografische Hinweise ... 53
3. Wichtige Experimente der Quantenmechanik ... 55
3.1 ... Quantelung des Lichts ... 56
3.2 ... Das Doppelspaltexperiment ... 58
3.3 ... Das Stern-Gerlach-Experiment ... 62
TEIL II. Elemente der Quantenmechanik ... 67
4. Elementare Bausteine der Quantenmechanik ... 69
4.1 ... Quantensysteme und deren Präparation ... 70
4.2 ... Zustände in einem Quantensystem ... 71
4.3 ... Das Superpositionsprinzip ... 81
4.4 ... Veränderungen des Zustands ... 84
4.5 ... Messung ... 98
4.6 ... Zusammengesetzte Quantensysteme ... 128
4.7 ... Zusammenfassung, Übungen und bibliografische Hinweise ... 142
5. Elementare Eigenarten der Quantenmechanik ... 147
5.1 ... Relative und globale Phasen ... 148
5.2 ... Die Unschärferelation -- man kann nicht alles genau wissen ... 161
5.3 ... Verschränkung -- die »spukhafte« Fernwirkung ... 168
5.4 ... Das No-Communication-Theorem ... 174
5.5 ... Das No-Cloning-Theorem: Kopieren verboten! ... 177
5.6 ... Dichte Quantenkodierung ... 179
5.7 ... Quantenteleportation ... 182
5.8 ... Zusammenfassung, Übungen und bibliografische Hinweise ... 185
TEIL III. Das Quantenschaltkreismodell ... 189
6. (Multi-)Qubits ... 191
6.1 ... Qubits -- die Bits der Quanteninformatik ... 192
6.2 ... Multi-Qubits Dr. Kaveh Bashiri arbeitet in IT-Sicherheit und beschäftigt sich hauptsächlich mit kryptografischen Auswirkungen von Quantenalgorithmen sowie mit Post-Quanten-Verfahren. Zuvor studierte er Mathematik an der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn. Das Promotionsstudium schloss er in der Mathematischen Physik unter der Betreuung von Prof. Dr. Anton Bovier ab. Für mich ist Quantencomputing ein hervorragend konzipiertes Fachbuch mit echtem Praxisnutzen. Es schafft den Spagat zwischen Theorie und Anwendung, zwischen Forschung und Code. Wer sich ernsthaft mit Quantencomputing beschäftigen will - ob im Studium, beruflich oder im Selbststudium - bekommt hier nicht nur eine Einführung, sondern ein echtes Arbeitsbuch. mediennerd.de
