Entwurf eines Systems zur Identifikation von Einstiegspatterns für die Umsetzung von Quantenalgorithmen

Abstract

Durch den Fortschritt im Bereich der Quanteninformatik können eine steigende Anzahl an Quantenalgorithmen tatsächlich auf einem Quantencomputer realisiert werden. Um diese Algorithmen umsetzen zu können ist Fachwissen erforderlich. Die Funktionsweise ist allein mit dem Verständnis von klassischen Algorithmen nicht nachzuvollziehen. Es ist ein System notwendig, welches die Umsetzung und Implementierung von Quantenalgorithmen unterstützt, ohne hohe Anforderungen an Fachwissen zu stellen. Diese Arbeit stellt ein Konzept zur Realisierung eines solchen Systems dar. Durch Angabe einer textuellen Beschreibung des umzusetzenden Problems, werden Quantenalgorithmen vorgeschlagen, die zur Lösung des Problems verwendet werden können. Mithilfe von Natürlicher Sprachverarbeitung wird ein Textvergleich durchgeführt, der die Eingabe mit den Beschreibungen und Informationen verschiedener Quantenalgorithmen vergleicht und die zutreffenden Ergebnisse präsentiert. Zur Unterstützung der Umsetzung der Quantenalgorithmen werden Muster, auch Patterns genannt, verwendet. Als bewährtes Konzept der Informatik bieten diese Lösungen zu bekannten Problemen an. Die Muster werden den Quantenalgorithmen zugeordnet und liefern Ansätze, die zur Umsetzung verwendet werden können. Um den Einstieg bei der Umsetzung weiter zu erleichtern, werden sogenannte Einstiegsmuster beziehungsweise Einstiegspatterns identifiziert. Diese stellen eine Hilfestellung für den Startpunkt der Implementierung dar. Die Ergebnisse des Systems werden visuell mithilfe eines Graphen dargestellt. Außerdem enthalten die Ergebnisse Referenzen zu den vorgeschlagenen Quantenalgorithmen, sowie den zugehörigen Mustern, wodurch alle notwendigen Ressourcen zur Umsetzung der Quantenalgorithmen vorhanden sind. Eine prototypische Implementierung des Konzepts, welche auf dem Patternatlas basiert, wird ebenfalls beschrieben. Das Konzept wird mithilfe dieses Prototypen validiert.