Die Rolle von Verschränkung im Quantencomputing : Speedup und Konsensusprotokolle

Abstract

In Zukunft werden Quantencomputer Probleme womöglich effizienter lösen als klassische Computer. Dies wäre eine bahnbrechende Errungenschaft und erweckt daher große Hoffnungen bei Forschung und Wirtschaft. Noch befindet sich das Gebiet der Quanteninformatik und des Quantencomputings vor allem in der Grundlagenforschung, und die Entwicklung eines leistungsfähigen Quantencomputers liegt noch in weiter Ferne. Dennoch werden bereits heute Quantenalgorithmen entwickelt, die eine Überlegenheit gegenüber klassischen Algorithmen aufzeigen könnten. So könnten verteilte Systeme von den quantenmechanischen Eigenschaften unter anderem durch Kommunikationsersparnisse profitieren. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob das Phänomen der Verschränkung für den möglichen Speedup gegenüber klassischen Computer verantwortlich ist. Dazu wurden Annahmen wissenschaftlicher Arbeiten zusammengefasst. Des Weiteren wurde das Konsensusprotokoll Paxos mit quantenmechanischen Konzepten erweitert. Für eine der Erweiterungen wurde der verschränkte W-Zustand für die Wahl eines Proposers eingesetzt. In der zweiten Erweiterung wurde für die Bestimmung einer Rundennummer Superposition verwendet. Zudem wurde das 2-Phasen-Commit-Protokoll in unterschiedlichen Varianten mit dem GHZ-Zustand erweitert. Auch für das 3-Phasen-Commit-Protokoll wurde der W-Zustand für die Wahl eines Koordinators verwendet. Die Ergebnisse zeigen unter anderem, dass eine Reduzierung des Kommunikationsaufwands bei Paxos und dem 3-Phasen-Commit-Protkoll möglich ist. Es zeigt sich auch, dass eine Deblockierung des erweiterten 2-Phasen-Commit-Protokolls in der behandelten Weise nicht möglich ist.