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Mathematik und Quantum Computing

Burkhard Lenze

ISBN 978-3-8325-4716-5
130 Seiten, Erscheinungsjahr: 2018
Preis: 19.80 €
Die Entwicklung immer schnellerer und leistungsfähigerer Prozessoren, die jahrzehntelang zuverlässig zu einer stetigen Verbesserung der Fähigkeiten vieler elektronischer Systeme führte, wird in naher Zukunft an physikalische Grenzen der Integrationsdichte von Schaltkreisen stoßen. Konzepte, die aus dieser problematischen Lage herausführen, werden intensiv gesucht bzw. bereits studiert.

Ein sehr vielversprechender Ansatz ist das Quantum Computing, das auf Phänomenen der Quantenmechanik beruht. Dieses neue Gebiet der Informatik erfreut sich gerade in jüngster Zeit wachsenden Interesses und ist inzwischen auch in den Fokus der Global Player auf dem Gebiet der Informationstechnologie geraten. Viele zentrale Aspekte des Quantum Computings lassen sich sehr gut unter Zugriff auf relativ elementare mathematische Grundlagen, speziell aus dem Bereich der Linearen Algebra, entwickeln. Genau dies leistet dieses Lehrbuch: Eine komprimierte, aber mathematisch fundierte Einführung in einige wesentliche Facetten des Quantum Computings.

Inhaltlich handelt das Buch, welches sich primär an Studierende der Informatik, Mathematik und Physik an Universitäten und Fachhochschulen richtet, folgende Kapitel ab:

  1. Mathematische Grundlagen
  2. Quantenmechanischer √úberblick
  3. Bits und Qubits
  4. Klassische Gatter und Quantengatter
  5. No-Cloning-Theorem versus Quantenteleportation
  6. Holevo-Schranke versus dichte Codierung
  7. Algorithmus von Deutsch
  8. Algorithmus von Grover
  9. Quanten-Fourier-Transformation
  10. Quanten-Addierer auf QFT-Basis
  11. Algorithmus von Shor
  12. Quantenkryptografie
Die Konzeption des rund 130 Seiten starken Buchs ist so angelegt, dass es schnell und kompakt den Einstieg in das spannende Gebiet des Quantum Computing ermöglicht, ohne besondere Vorkenntnisse aus dem Bereich der Quantenmechanik vorauszusetzen. Zahlreiche Aufgaben mit Lösungen und kleine Selbsttests ergänzen den reinen Wissensstoff und dienen der Festigung des Gelernten.

Burkhard Lenze hat Mathematik mit Nebenfach Physik an der TU Dortmund studiert und promovierte und habilitierte in Mathematik an der FeU Hagen. Gegenwärtig lehrt er als Professor für Angewandte Informatik und Mathematik am Fachbereich Informatik der FH Dortmund. Sein akademisches Interesse gilt Fragestellungen aus dem Bereich der Angewandten Mathematik mit Affinität zur Informatik, als da sind: Fourier-Techniken, Neuronale Netze, Kryptografie und eben auch Quantum Computing.

Keywords:
  • Quantum Computing
  • Shor Algorithmus
  • Grover Algorithmus
  • Quanten-Fourier-Transformation
  • Quantenkryptografie

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