TU Wien:Einführung in Quantencomputing VU (Egly)
Daten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
| Vortragende | Uwe Egly• Hans Tompits |
|---|---|
| ECTS | 6,0 |
| Alias | Introduction to Quantum Computing (en) |
| Letzte Abhaltung | 2024S |
| Sprache | „bei bedarf in englisch“ ist kein zulässiger Sprachcode. |
| Mattermost | einfuehrung-in-quantencomputing • Register • Mattermost-Infos |
| Links | tiss:192036, eLearning |
| Bachelorstudium Informatik | Modul Einführung in Quantencomputing (Breite Wahl) |
Inhalt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Der Inhalt der LVA ist in 2 Teile geteilt: Formale Grundlagen und Quantenalgorithmen
1) Formale Grundlagen (Prof. Tompits):
In diesem Teil werden die Formalen Grundlagen der Mathematik und Quantenmechanik behandelt. Beginnend mit einer Wiederholung der komplexen Zahlen geht man tiefer in die Definition von komplexen Vektorräumen um Zustände eines Quantensystems darzustellen und die zeitliche Entwicklung mittels Lineroperatoren mathematisch zu beschreiben. Später gibt es eine Einführung in die Quantenmechanik und wie daraus dann Qubits und einfache Quantum-Gates zu deren manipulation abgeleitet werden.
2) Quantenalgorithmen (Prof. Egly):
Im zweiten Teil werden auf Grundlage des ersten Teils dann weitere und komplexere Quantum-Gates definiert, mit denen dann Quantum Circuits konstruiert bzw. Quantenalgorithmen definiert werden können. Es werden in Folge immer komplexere Quantenalgorithmen vorgestellt, die teilweise aufeinander aufbauen. Beginnend mit "einfachen" Algorithmen wie Superdense Coding, Quantenteleportation oder Deutsch & co. über Suchalgorithmen wie Grover, kommt man dann zu den komplexeren Algorithmen wie die Quantum Fourier Transformation, Quantum Phase Estimation und letztendlich zum berühmten Shor der die RSA Encryption durch effiziente Integerfaktorisierung knackt.
Ablauf[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Vorlesung fast jede Woche. Es ist zwar keine Anwesenheitspflicht aber die Teilnahme ist empfehlenswert, da man auch nach der Vorlesung fragen stellen kann und die Profs gerne beantworten wenn was unklar ist.
Über das Semester verteilt gibt es mehrere Übungesblätter (SS24 4 Stk.) mit klassischer Kreuzerlübung. Zusätzlich gibt es Programmieraufgaben (SS24 3 Stk.) wo man Quantenalgorithmen mit Python/Qiskit implementieren muss.
Am Ende des Semesters gibt es eine mündliche Prüfung.
Benötigte/Empfehlenswerte Vorkenntnisse[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Unbedingt:
ADM (vor allem komplexe Vektorräume und Matrizen)
Hilfreich:
Analysis, Wahrscheinlichkeitstheorie, Introduction to Cryptography, Programmieren in Python
Vortrag[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Hingehen lohnt sich, denn man kann währenddessen und nachher gut Fragen stellen. Die VO ist chronologisch Sinnvoll und aufeinander aufbauend. Es gibt keine VO Aufzeichnungen und die Folien sind manchmal etwas schwer zu entziffern ohne Erklärung, ist aber mit etwas Mühe möglich.
Meinung SS24: Der Vortrag von Prof. Tompits ist durch seine Vortragsweise mit kleinen Witzen und gelegentlichem Abschweifen in ganz andere Themen immer wieder etwas auflockernd da man nicht die ganze Zeit voll konzentriert sein muss und es immer wieder Momente gibt wo man sich kurz zurücklehnen kann und ihm ungestresst beim Witze machen, erzählen und philosophieren zuhören kann. Gut geeignet für Leute die dazu neigen von zu schnellen Vorträgen überfordert zu sein. Mit nur ca. 20 Folien pro 1,5h VO Einheit ist die Geschwindigkeit nicht sehr hoch und es wird sehr genau auf die Formeln und Definitionen eingegangen die behandelt werden. Bei Prof. Egly ist der Vortrag schneller und es wird nicht viel vom Thema abgeschwiffen. Seine Vortragsart ist gut für Leute geeignet, die es nicht mögen wenn zu langsam oder monoton vorgetragen wird, sondern on point erklärt wird um was es geht.
Übungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Übung setzt sich aus Übungesblättern (SS24 4 Stk.) und Programmieraufgaben (SS24 3 Stk.) zusammen.
Die Übungsblätter werden als Kreuzerlübung wie in ADM oder Analysis in Übungseinheiten mit Anwesenheitspflicht behandelt. Meistens sind mathematische Beweise zu führen, welche manchmal in Python/Qiskit zu überprüfen/implementieren sind.
Die Programmieraufgaben werden in je einem Abgabegespräch von Prof. Egly bewertet. In den Aufgaben sind Quantenalgorithmen bzw. Quantum-Gates in Python/Qiskit zu implementieren.
Prüfung, Benotung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Benotung setzt sich wie folgt zusammen:
- Übungsblätter 20%
- Programmieraufgaben 20%
- Prüfung 60%
Es müssen alle drei Teile positiv sein um den Kurs zu bestehen. Für die Übungen bedeutet das >= 50% aller Kreuze und in Summe positive Tafelleistung.
Die Prüfung ist mündlich, dauert eine Stunde und wird Abhängig vom Slot bzw. den Anmeldungen alleine, zu zweit oder zu dritt abgehalten. Es wird detailliert auf Verständnis gefragt und eher weniger auf auswendig lernen. Wenn man mal den Namen von einem Algorithmus oder sonst was vergessen hat kein Problem, aber man muss die formalen Definitionen erklären können und auch was die Algorithmen genau machen, was die Inputs und Outputs (bzw. Messungen der Qubits) bedeuten und wofür man sie braucht. Wenn man die formalen Grundlagen und die Algorithmen prinzipiell Verstanden hat und erklären kann braucht man keine Angst vor der Prüfung haben. Prof. Tompits und Prof. Egly sind beide sehr nett und gechillt bei der Prüfung und helfen auch.
Dauer der Zeugnisausstellung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
SS24: Ein Tag nach der Prüfung
Zeitaufwand[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Für ein Wahlmodul relativ hoch aber nicht übermäßig. Wer mathematisch und mit formalen Beweisen gut dabei ist, sollte es problemlos innerhalb der angegebenen ECTS schaffen.
Unterlagen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
VO Folien werden auf TUWEL hochgeladen, aber keine Videos oder Live-Streams der VO. Zusätzlich gibt es einige zusätzliche Folien/Dokumente mit Erklärungen/Beweisen und viele ausprogrammierte Python/Qiskit Beispiele für Quantenalgorithmen.
Tipps[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
- Keine Übungsblätter und Programmieraufgaben auslassen, weil sie teilweise in Aufwand und Gewichtung variieren können. Im SS24 hatten die Übungsblätter zb. nicht alle gleich viele Kreuze.
- Formale Definitionen genau lernen! Man braucht sie um die Algorithmen wirklich verstehen zu können, denn wenn der Input eines Quantenalgorithmus ein Eigenvektor ist, der Quantum-Circuit aus mathematisch verallgemeinerten unitären Linearoperatoren besteht und der Output ein Eigenvalue ist, kommt man ohne Eigenvektoren, unitäre Linearoperatoren und Eigenvalues verstanden zu haben nicht weit.
Highlights / Lob[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Im Bezug auf das aufkommen der Quantencomputer sehr aktuelle und zukunftsorientierte LVA. Die verwendeten Technologien (Python/Qiskit) sind topaktuell und state of the art im Quantum Computing. Durch die Erweiterung vom einfachen "Schwarz und Weiß" des klassischen binären Computers auf ein unendliches Spektrum an Superzuständen, wird eine komplett neue und komplexere Betrachtungsweise auf Computer, Algorithmen und generell Informatik vermittelt.
Verbesserungsvorschläge / Kritik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Übung sollte mehr gebalanced werden und die Übungsblätter und Programmieraufgaben sollten ähnlichen Aufwand haben und gleich gewichtet werden bzw. sollte der genaue Umfang der Übung am Anfang das Semesters zumindest besser kommuniziert werden.