Quantenphysik ist eine Voraussetzung für alle Informationstechnologie, die uns heute umgibt. Denn ohne Quantenmechanik gäbe es keine Halbleitertechnologie. Die Information selbst wird in Computern aber klassisch verarbeitet und in Ketten von Bits zerlegt, die entweder im Zustand 0 oder 1 sind.

Was aber, wenn man statt der Bits kleinste Quantensysteme – Qubits – verwendet? Welche Zustände außer 0 und 1 können Qubits einnehmen? Können Quanteneffekte wie die Überlagerung von Zuständen und Verschränkung technologisch genutzt werden?

Die Quanteninformationstheorie erforscht genau diese Fragen. Wir stehen heute wahrscheinlich am Anfang einer Epoche, in der Quanteneffekte in der Technologie Einzug halten. Ein Quantencomputer etwa könnte heute gängige Verschlüsselungsverfahren effizient knacken! Quantenkryptographie aber kann Kommunikation absolut abhörsicher verschlüsseln.

Der Kurs führt die Mathematik der linearen Algebra ein, um dann zu sehen, wie mit diesen mathematischen Objekten (Vektoren, Skalarprodukt, Tensorprodukt, lineare Abbildungen) die grundlegenden Konzepte der Quantentheorie (Zustände, Superposition, Messungen, Verschränkung, Quantencomputing) modelliert werden. Danach sind alle mit dem Formalismus der Fachliteratur vertraut und wissen, was ein Qubit ist und wie Quantencomputer damit rechnen. Den Abschluss bilden Projekte, in denen die Teilnehmenden nach Interesse Themen selbstständig vertiefen. Diese können etwa Quantenalgorithmen in der Cloud auf echten Quantencomputern implementieren, oder mathematische und konzeptionelle Fragen behandeln (Entropie, Bell’sche Ungleichungen, Messprozess und Interpretation).

Zur Vorbereitung auf die Akademie erarbeiten die Teilnehmenden ein Skript mit mathematischen Übungsaufgaben. Keine besonderen Vorkenntnisse sind notwendig.