09.2021 - Bachelor-Thesis - Quantencomputing
Entwicklung eines Programms zur Simulation und Visualisierung von Quantenschaltkreisen
In Kooperation mit dem Institut für Technik und Informatik
Autor:in:
Philipp Anthony Rangel Martinez
Referent:
Prof. Dr. Bettina Just
Korreferent:
Jakob Czekansky, M.Sc.
Abstract
Durch den kürzlichen Fortschritt bei der Entwicklung von Quantencomputern, unter anderem durch Googles Beanspruchung der Quantenüberlegenheit 1, hat Quantencomputing an Aufmerksamkeit gewonnen. Allerdings ist Quantencomputing für die meisten Informatiker Neuland und das Thema nur schwer zugänglich für interessierte, da sich die quantenmechanischen Vorgänge stark von der Art herkömmlicher Computer zu rechnen unterscheiden. In Zukunft werden Quantencomputer, sollten die derzeit bestehenden Probleme gelöst werden, herkömmliche Computer in vielen Bereichen übertreffen. Wenn das geschieht, werden Informatiker benötigt, die Quantencomputer zu nutzen wissen. Für einen einfachen und verständlichen Einstieg in das Thema wurde von Professor Dr. Bettina Just eine anschauliche Methode zur Visualisierung von Quantenregistern und Quantenschaltkreisen entwickelt. Diese wird derzeit ausschließlich in Ihrem veröffentlichten Buch und der Vorlesung zum Quantencomputing an der THM verwendet. Daher stellt sich die Frage, wie man Interessierten eine Plattform bieten kann, wo diese sich praktisch mit dem Modell zur Visualisierung beschäftigen können, um so einen besseren Einstieg ins Quantencomputing zu finden. Die Lösung dieses Problems bietet ein Programm, das Interessierte auf ihren Rechnern nutzen können, um sich mit den Grundlagen von Quantenregistern und Quantenschaltkreisen vertraut zu machen. Dazu muss das Programm ein Quantenregister simulieren, welches gleichzeitig mit Hilfe der Methode zur Visualisierung graphisch dargestellt wird. Zusätzlich muss es die elementaren Operationen auf einem Quantenregister in Form von Messen und dem Anwenden von Gattern ermöglichen. Mit dem entwickelten Programm konnte das Modell in eine experimentelle Umgebung gebracht werden, in der sich Interessierte mit den Regeln des Quantencomputing vertraut machen können.