Einführung in die Entwurfsautomatisierung für Quantencomputer

Dieses Buch bietet dem Leser einen einfachen Einstieg in das Quantencomputing sowie in den Entwurf entsprechender Geräte. Die Autoren behandeln verschiedene Entwurfsaufgaben, die für das Quantencomputing wichtig sind, und stellen entsprechende Lösungen vor. Eine Besonderheit des Buches ist, dass diese Aufgaben und Lösungen explizit aus der Perspektive der Entwurfsautomatisierung diskutiert werden, d.h. unter Verwendung von cleveren Algorithmen und Datenstrukturen, die von der Entwurfsautomatisierungs-Community für konventionelle Logik (d.h. für elektronische Geräte und Systeme) entwickelt worden sind und nun für diese neue Technologie angewendet werden. Auf diese Weise können relevante Entwurfsaufgaben wesentlich effizienter als bisher durchgeführt werden, was zu Verbesserungen um mehrere Größenordnungen führt (in Bezug auf die Laufzeit und andere Entwurfsziele).
Beschreibt den aktuellen Stand der Technik für den Entwurf von Quantenschaltungen, für deren Simulation und für deren Abbildung auf reale Hardware; Bietet eine erste umfassende Einführung in die Entwurfsautomatisierung für Quantencomputer, die sich mit praxisrelevanten Aufgabenstellungen befasst; Es richtet sich sowohl an die Quantencomputer-Gemeinschaft als auch an die Gemeinschaft der Entwurfsautomatisierung und zeigt, welche beeindruckenden Verbesserungen möglich sind, wenn man das Wissen beider Gemeinschaften kombiniert.

Alwin Zulehner erhielt seinen MSc-Abschluss und sein PhD in Informatik von der Johannes Kepler Universität Linz, Österreich, im Jahr 2015 bzw. 2019. Seine Forschungsinteressen umfassen die Entwurfsautomatisierung für Quantencomputer. In diesem Bereich hat er mehrere Beiträge auf internationalen Konferenzen und in Fachzeitschriften veröffentlicht, darunter die IEEE Transactions on Computer Aided Design of Integrated Circuits and Systems (TCAD), die Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC), die Design, Automation and Test in Europe (DATE) Konferenz, die Design Automation Conference (DAC) und die International Conference on Computer-Aided Design (ICCAD). Für seine Arbeit wurde er mit dem Best Student Award ausgezeichnet und gewann die IBM Qiskit Challenge für die Entwicklung eines Quantencompiler-Ansatzes. Robert Wille ist ordentlicher Professor an der Johannes Kepler Universität Linz, Österreich. Er erhielt 2006 bzw. 2009 den Diplom- und Dr.-Ing.-Titel in Informatik von der Universität Bremen, Deutschland. Seitdem arbeitete er an der Universität Bremen, am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), an der Hochschule Bremen, an der Universität Potsdam und an der Technischen Universität Dresden. Seit 2015 ist er in Linz tätig. Seine Forschungsinteressen liegen im Entwurf von Schaltungen und Systemen sowohl für konventionelle als auch für neue Technologien. In diesen Bereichen hat er mehr als 300 Beiträge in Fachzeitschriften und auf Konferenzen veröffentlicht und war in Redaktionsausschüssen und Programmkomitees zahlreicher Fachzeitschriften/Konferenzen tätig. Für seine Forschung wurde er u.a. mit Best Paper Awards, einem Under-40 Innovator Award und einem Google Research Award ausgezeichnet.

Einführung.- Quantencomputer.- Entwurfsautomatisierungsmethoden für konventionelle Systeme.- Überblick über die Quantenschaltungssimulation.- Entscheidungsdiagramm-basierte Simulation.- Kombinierte Operationen in der DD-basierten Simulation.- Effiziente Implementierung der vorgeschlagenen DDs.- Genauigkeit und Kompaktheit der vorgeschlagenen DDs.- Entwurf boolescher Komponenten für Quantenschaltungen.- Funktionale Synthese.- Entwurfsablauf in einem Durchgang.- Abbildung von Quantenschaltungen auf NISQ-Bauelemente.- Minimale und nahezu minimale Ansätze.- Heuristischer Ansatz.- Ein spezieller heuristischer Ansatz für SU(4)-Quantenschaltungen.- Fazit.