Kurs Q.1
Quanteninformationstheorie

...von Vektoren, Verschränkung und Verschlüsselung

Zur QuantenAkademie 2022
03.08. - 11.08.2022

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 sind diese unmöglich klingenden Phänomene 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 mathematischen Objekte (Vektoren, Skalarprodukt, Tensorprodukt, lineare Abbildungen) aus der linearen Algebra, mit denen die grundlegenden Konzepte der Quantentheorie (Zustände, Superposition, Messprozess, Verschränkung, Quantengatter) modelliert und berechnet werden. 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 erarbeiten die Teilnehmenden ein Skript mit mathematischen Übungsaufgaben. Allen die außerdem Lust dazu haben, ist das Buch „Einsteins Schleier“ von A. Zeilinger wärmstens empfohlen, welches den physikalischen Hintergrund (noch ohne jede Formel) diskutiert.

Bloch-Kugel. (Quelle/Copyright: CC BY-SA 3.0 - Glosser.ca)

Die Kursleitung