Quantum Computing verstehen

Nach der technologischen Revolution, die die Erfindung des Computers ausgelöst hat, steht mit der Zusammenführung von Computing und Quantenmechanik die nächste bevor: Quantum Computing. Anschaulich und auf Beispiele gestützt führt dieses Buch in die Grundlagen des Quantum Computing ein. Was ein Quantencomputer ist und was er kann wird anhand von Algorithmen erläutert, also anhand von konkreten Rechenverfahren. Dieser an den Grundlagen orientierte Zugang befähigt Leserinnen und Leser aktuelle und auch künftige Entwicklungen einzuordnen. Um zu verstehen, wie Quantencomputer rechnen, erklärt der Autor, der als Professor für Informatik an der TH Brandenburg lehrt, zunächst die einfachen quantenmechanischen Prinzipien und stellt diese so anwendungsorientiert wie nur möglich dar. Neben den einführenden Kapiteln, die selbst grundlegende Begriffe wie Berechnung oder Algorithmus ausführlich erläutern, widmen sich die folgenden Kapitel 5 bis 8 den Anwendungen des Quantum Computing. Alle wesentlichen Ergebnisse wie etwa Grovers Suchalgorithmus oder Shors Faktorisierungsalgorithmus werden detailliert und intuitiv verständlich dargestellt. Zudem werden Ergebnisse der Forschung wie Teleportation und Quantenkryptographie präsentiert. Diese Kapitel vermitteln vertiefendes Wissen als Vorbereitung auf die Lektüre der Forschungsliteratur. Für alle, die sich noch einmal die mathematischen Grundlagen ins Gedächtnis rufen wollen, bietet der Anhang eine knappe Darstellung zum Nachschlagen. Für die 7. Auflage wurde das Buch vollständig durchgesehen und aktualisiert und mit neuen Aufgaben und Lösungen ergänzt. Neue Themen sind unter anderem: Visualisierung mit der Blochkugel, Phase-Kickback, Dichtematrizen, Ausblick auf Programmierung. Das Buch richtet sich an Studierende der Informatik, aber auch an alle anderen Interessierten.

Matthias Homeister ist Professor für Informatik an der Technischen Hochschule Brandenburg.

1 Einleitung.- 2 Vom Bit zum Quantenregister.- 3 Vom Quantenregister zum Quantenschaltkreis.- 4 Hilfsmittel aus der Theoretischen Informatik.- 5 Teleportation und dichte Kodierung.- 6 Suchen.- 7 Geheime Botschaften.- 8 Klassische Verschlüsselungen knacken: Primfaktorzerlegung.- 9 Fehler korrigieren.- 10 Quantenhardware.- 11 Ausblick: Optimieren.- 12 Zur Geschichte der Quantenmechanik.- Anhang A: Mathematische Grundlagen.- Anhang B: Lösungen ausgewählter Übungsaufgaben.- Literaturverzeichnis.- Symbole und Abkürzungen.- Quantengatter.- Index.