Kurs JGW-2.3
Von der Quantenmechanik zum Qubit

Mit dem bloßen Auge betrachtet, erscheint die Welt mit der klassischen Mechanik im Einklang und doch stoßen Newtons Gesetze selbst im Alltag an ihre Grenzen. Ob USB-Sticks, LCD-Bildschirme oder Festplatten: Die Quantenmechanik ist nicht mehr wegzudenken.

Was macht die Quantenmechanik aus? Einen Einblick gibt das Stern-Gerlach Experiment: Klassisch erwartet man, dass die Magnetisierung der Silberatome in jede beliebige Richtung zeigen kann. Die gemessene Magnetisierung entlang einer Achse zeigt aber, nur zwei Ausrichtungen sind möglich! Das Ergebnis ist gequantelt. Kann man also die Richtung der Magnetisierung vorhersagen? Dazu meinte Albert Einstein: „Der Alte würfelt nicht“, und trotzdem zeigte das Stern-Gerlach Experiment gewürfelte Ausrichtungen auf. Der echte Zufall ist eine definierende Eigenschaft der Quantenmechanik, mit unglaublichem Potential!

Der Kurs erarbeitet den theoretischen Aufbau der Quantenmechanik, mit dem Ziel die Funktionsweise von Quantentechnologien zu verstehen. Die Teilnehmenden analysieren Herzstücke der Quantentheorie, wie der Welle-Teilchen Dualismus, welche am Beispiel experimenteller Meilensteine verdeutlicht werden. Aktuelle Anwendungen werden beim Programmieren eines echten Quantencomputers aufgezeigt.

Nach der Akademie verstehen die Teilnehmenden das mathematische Modell der Quantenmechanik und wie es die Wirklichkeit abbildet. Außerdem erlernen sie, eigenständig kleine Quantenalgorithmen zu programmieren.

Die Teilnehmenden erarbeiten vor dem Kurs ein Referat mit entsprechender Literatur. Grundkenntnisse der Integral- und Differentialrechnung werden vorausgesetzt. Freude an der Mathematik und am Programmieren sollten mitgebracht werden.

Aufbau des Stern-Gerlach Experiments. (Quelle/Copyright: Theresa Knott, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

Die Kursleitung