Dieser eintägige Kurs bietet eine fundierte und verständliche Einführung in das gate-basierte Quantencomputing. Im Mittelpunkt stehen die physikalischen Prinzipien, mathematischen Modelle und algorithmischen Ideen, die Quantencomputer von klassischen Rechnern unterscheiden.
Quantencomputer werden seit Jahren als nächste technologische Revolution gehandelt – mit Versprechen, die von bahnbrechenden wissenschaftlichen Durchbrüchen bis hin zum Ende der heutigen Kryptografie reichen. Gleichzeitig bleibt oft unklar, wie Quantenalgorithmen tatsächlich funktionieren, wo ihre realen Vorteile liegen und welche Annahmen hinter diesen Versprechen stehen.
Der Kurs setzt keine Vorkenntnisse in Quantenphysik voraus, grundlegende mathematische Konzepte werden dort eingesetzt, wo sie zum Verständnis beitragen.
Ziele
Nach Abschluss dieses Kurses können die Teilnehmenden:
die grundlegenden Konzepte des gate-basierten Quantencomputings (Qubits, Superposition, Verschränkung, Interferenz) klar erklären und voneinander abgrenzen.
die Funktionsweise zentraler Quantenlogikgatter anhand von Zustandsvektoren und Matrizen nachvollziehen und interpretieren.
den Deutsch–Jozsa-Algorithmus Schritt für Schritt erklären und verstehen, wodurch sein quantenmechanischer Vorteil gegenüber klassischen Verfahren entsteht.
die Grundidee des Grover-Algorithmus einordnen und seine praktische Bedeutung realistisch einschätzen.
die wichtigsten heutigen Quantenhardware-Plattformen (Ionenfallen, supraleitende Qubits und weitere Ansätze) vergleichen und deren technologische Grenzen benennen.
einschätzen, wo Quantencomputer heute stehen, welche Rolle Fehlerkorrektur spielt und warum breit einsetzbare, fehlertolerante Quantencomputer noch nicht kurzfristig verfügbar sind.
kritisch zwischen wissenschaftlich fundiertem Fortschritt und mediengetriebenem Hype unterscheiden und Aussagen zur „Quantenbeschleunigung“ sachlich bewerten.
Inhalte
Eine Einführung in das Quantencomputing, den historischen Kontext und die Motivation hinter den aktuellen Entwicklungen
Grundlegende Quantenphänomene und -konzepte:
Qubits, Superposition, Verschränkung und Interferenz
Grundlagen und Architekturen von gate-basierten Quantencomputern
Wichtige Quantenalgorithmen und ihre Vorteile:
Deutsch-Jozsa-Algorithmus: Exponentielle Beschleunigung bei der Identifizierung von konstanten und ausgeglichenen Funktionen
Grover-Algorithmus: quadratische Beschleunigung bei der Suche in unsortierten Datenbanken
Überblick und Diskussion heutiger Quantenhardware-Implementierungen, insbesondere supraleitende Qubits und Ionenfallen, ergänzt durch eine Einordnung weiterer Plattformen wie Photonik und neutrale Atome
Analyse der aktuellen technologischen Möglichkeiten und Grenzen sowie kritische Bewertung des Hypes um Quantencomputer im Vergleich zur wissenschaftlichen Realität
Interaktive Elemente, darunter browserbasierte Simulationen von Quantenalgorithmen, eine praktische Demonstration eines 2-Qubit-Kernspinresonanz (NMR)-Quantencomputers und eine offene Q&A-Runde
Besonderes Augenmerk liegt auf dem Deutsch–Jozsa-Algorithmus sowie dem Grover-Algorithmus, die anhand von Simulationen und anschaulichen Beispielen vertieft behandelt werden
Zielgruppe
Der Kurs richtet sich an Personen, die eine leicht verständliche und dennoch wissenschaftlich fundierte Einführung in das Thema Quantencomputing suchen:
IT-Spezialist:innen, Softwareentwicklerinnen und Ingenieure, die sich für Quantentechnologien interessieren
Entscheidungsträger, die sich mit den potenziellen Auswirkungen des Quantencomputings auf ihre Branche befassen
Wissenschaftler und Forscherinnen aus technischen Disziplinen, die nach einem Einstiegspunkt in die Quanteninformatik suchen
Alle, die sich für Quantentechnologien interessieren und über grundlegende wissenschaftliche oder technische Kenntnisse verfügen
Voraussetzungen
Es sind keine Kenntnisse in Quantenphysik oder Mathematik erforderlich.
Grundlegende Kenntnisse der Konzepte der klassischen Informatik (z. B. Bits, Logikgatter) und allgemeine technische/wissenschaftliche Kenntnisse sind von Vorteil.
Neugier und Offenheit für die Erforschung neuer Konzepte und Technologien.
Abschluss
Die Teilnehmenden erhalten eine Kursbestätigung.
Deutsch-Algorithmus: Gate-basierte Implementierung auf realer Quantenhardware
Die abgebildete Quantenschaltung illustriert den Deutsch-Jozsa Algorithmus in einer gate-basierten Umsetzung auf echter Quantenhardware. Im Rahmen des Kurses lernen die Teilnehmenden, die Bedeutung der einzelnen Quantengatter zu verstehen, ihre Wirkung auf Qubits zu analysieren und den algorithmischen Vorteil gegenüber klassischen Verfahren nachzuvollziehen.
