Qubit-Kalibrierung und Shor-Algortihmus

RSA-Kryptosysteme stellen heute den Standard zur Daten-Verschlüsselung und digitalen Signieren in der Kommunikation dar. Diese basieren auf die Annahme, dass die Faktorisierung einer sehr großen Zahl eine so lange Zeit mit einem klassischen Computer benötigt, dass eine praktische Entschlüsselung nicht realisierbar ist. Die Veröffentlichung in 1994 durch Peter Shor von seinem nun weltberühmten Faktorisierungs-Algorithmus, womit ein (damals noch nicht vorhandener) Quantencomputer die verwendeten RSA-Kryptosysteme viel schneller „knacken“ kann, hat in den letzten 20 Jahren die Realisierung eines echten Quantencomputers enorm beschleunigt. Die aktuellen Quantencomputer stecken noch in den Kinderschuhen, da sie noch eine zu geringe Anzahl an Quantenbits (=Qubits) besitzen und diese Qubits ihre quantenmechanische Kohärenzeigenschaften schnell verlieren. Jedoch investieren große Konzerne wie IBM, Google oder Microsoft riesige Geldmengen in die weitere Entwicklung von solchen Maschinen: Ende dieses Jahres wird ein IBM-Quantencomputer erwartet, welcher die Grenze der 1000 supraleitenden Qubits überschreitet.

Das Thema der Bachelorarbeit ist zunächst zu verstehen, wie ein einzelner Qubit seine quantenmechanischen Eigenschaften mit der Zeit verliert. Dies wird anhand der Kalibrierung eines einzelnen Qubits in einem echten supraleitenden IBM-Quantencomputer untersucht. Als nächster Schritt werden die Details des Shor-Algorithmus ausgearbeitet und dieser Algorithmus bei einer geringen Anzahl an Qubits in einem echten IBM-Quantencomputer mittels Qiskit implementiert.