Dieser Kurs findet vom 08.07.-15.07.2021 digital statt.
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6.2 Quanteninformationstheorie
...von Vektoren, Verschränkung und Verschlüsselung

Kursbeschreibung

Die Quantentheorie macht Vorhersagen, die dem gesunden Menschenverstand zu widersprechen scheinen: Wie kann sich ein Teilchen gleichzeitig entlang verschiedener Pfade bewegen? Wie können „verschränkte“ Teilchen über beliebige Distanzen perfekt synchronisiert sein?

Dennoch, diese unmöglich klingenden Phänomene sind inzwischen experimentell nachgewiesen. Heute stehen wir wahrscheinlich am Anfang einer spannenden Epoche, in der die technische Nutzung dieser Quanteneffekte beginnt.

Quanteninformationstheorie erforscht die Frage, wie Quantensysteme zur Informationsverarbeitung genutzt werden können. Ein Quantencomputer etwa könnte heutige Verschlüsselungsverfahren effizient knacken! Andererseits könnte mit Quantenkryptographie Kommunikation absolut abhörsicher verschlüsselt werden...

Der Kurs gibt eine Einführung in die Mathematik und die physikalischen Grundlagen dieser Systeme. Lineare Algebra ist die mathematische Theorie von Vektorräumen und bietet einen Formalismus, der – neben vielen anderen Anwendungen – Quantenphänomene beschreibt. Im Kurs werden die Konzepte der Quantentheorie (Zustände, Superposition, Messprozess, Verschränkung) und deren mathematische Modellierung erarbeitet. Am Ende sind alle mit dem Formalismus der Fachliteratur vertraut, wissen, was ein Qubit ist, wie Quantencomputer damit rechnet, und können einfache Quantenalgorithmen in der Cloud auf echten Quantencomputern implementieren.

Zur Vorbereitung lesen die Teilnehmenden das Buch „Einsteins Schleier“ von A. Zeilinger, welches den physikalischen Hintergrund (noch ohne jede Formel) diskutiert. Zur mathematischen Vorbereitung wird frühzeitig ein Skript mit Übungsaufgaben zugesendet.

Die Kursleitenden

Lucas Hackl (Jg. 1989) studierte Physik in Berlin (2008-2011). Für seinen Master forschte er am Perimeter Institute in Waterloo, Kanada, zu Quantentheorie und Allgemeiner Relativitätstheorie (2011/2012). Er unterrichtete am AIMS Sénégal (2012/2013) und promovierte an der Penn State University (2013-2018). Nach Aufenthalten am Max Planck Harvard Research Center for Quantum Optics (2018/2019) und der Universität Kopenhagen (2019/2020) ist er aktuell Wissenschaftler an der University of Melbourne.

Robert Jonsson (Jg. 1987) ist Postdoc am MPI für Quantenoptik, Garching. Seit seiner Promotion in Kanada (2011-2016) forscht er an Fragen, die Quantenfeldtheorie, Relativitätstheorie und Quanteninformation kombinieren. Weitere Postdocs führten ihn nach Göteborg und Kopenhagen. Aus Lüneburg stammend leistete er zunächst seinen Wehrdienst an der Geige in Siegburg, bevor er in Regensburg, Erlangen und Cambridge studierte. Er nahm 2005 an seiner ersten DSA teil und freut sich wieder dabei zu sein.