Die Quantenmechanik prägt seit über hundert Jahren unser Verständnis der Natur und bildet die Grundlage vieler Schlüsseltechnologien – von Transistoren über Laser bis hin zu Atomuhren. Heute eröffnet sie eine neue Ära: Mit Quantencomputern entsteht eine Rechnerarchitektur, die dank quantenmechanischer Prinzipien Probleme lösen kann, die für klassische Computer kaum zugänglich sind.

Ziel des Kurses ist, dass die Teilnehmenden grundlegende Quanten-Algorithmen (z.B. Quantenteleportation und Quantenaddierer) verstehen und auf realen Quantencomputern implementieren und testen. Dabei konzentriert sich der Kurs auf Aspekte der Quanteninformation. Dafür gibt der Kurs zunächst eine Einführung in die mathematischen und physikalischen Grundlagen der Quantenmechanik wie Superposition und Quantenverschränkung. Hierbei analysieren die Teilnehmenden den quantenmechanischen Messprozess und diskutieren anhand der Bell’schen Ungleichungen, warum die Quantenmechanik als Erweiterung der klassischen Physik notwendig ist. Der Kurs erarbeitet Zwei-Level-Systeme, die als Quantenbits Quanteninformation speichern und verarbeiten. Darauf aufbauend untersuchen die Teilnehmenden ausgewählte Quantenalgorithmen und analysieren die Funktionsweise eines Quantencomputers sowie dessen Neuartigkeit im Vergleich zu klassischen Computern. Dabei festigen sie ihr Verständnis durch regelmäßige Übungsaufgaben in Kleingruppen und erarbeiten selbständig weiterführende Themengebiete.

Voraussetzungen für die Kursteilnahme sind das Interesse an den mathematischen Aspekten der Quantenmechanik sowie die Bereitschaft, im Kurs lineare Algebra und komplexe Zahlen zu lernen. Im Vorfeld der Akademie werden die Teilnehmenden Referate zu Themen aus Mathematik, Physik und Informatik vorbereiten.