Einführung in das Quantencomputing – Grundlagen, Algorithmen und Anwendungen

Die erste Quantenrevolution, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts begann, führte zur Entwicklung bahnbrechender Technologien wie Laser, Transistoren und Supraleiter. Heute erleben wir eine zweite Quantenrevolution, die durch rasante Entwicklungen in den Bereichen Quantencomputing, Quantenkryptografie, Quantensensorik und Quantenkommunikation vorangetrieben wird.

Quantencomputer versprechen grundlegend neue Ansätze für die Datenverarbeitung, indem sie Quantenphänomene wie Superposition, Verschränkung und Interferenz nutzen. Diese Fortschritte bieten nicht nur Lösungen für bisher unlösbare Probleme, sondern stellen auch eine erhebliche Bedrohung für die herkömmliche Public-Key-Kryptografie dar, was zu weltweiten Bemühungen im Bereich der Post-Quanten-Kryptografie geführt hat. Darüber hinaus könnten Quantenalgorithmen völlig neue Wege zur Lösung komplexer Optimierungsprobleme eröffnen.

Dieser kompakte und leicht verständliche Kurs führt Sie Schritt für Schritt in die wichtigsten Konzepte des gate-basierten Quantencomputings ein. Anhand klarer Erklärungen und praktischer Simulationen lernen Sie grundlegende Bausteine wie Qubits, Quantengates, Superposition und Verschränkung kennen. Besonderes Augenmerk wird auf zwei wesentliche Quantenalgorithmen gelegt:

– Deutsch-Jozsa Algorithmus: Veranschaulicht, wie Quantencomputer mit nur einer Abfrage effizient feststellen können, ob eine Funktion konstant oder ausgeglichen ist, und dabei im Vergleich zu klassischen Methoden eine exponentielle Beschleunigung erzielen.
– Grovers Algorithmus: Demonstriert die Fähigkeit des Quantencomputings, unsortierte Datenbanken mit quadratischer Beschleunigung zu durchsuchen, und hebt dabei die praktischen Vorteile der Quantenparallelität hervor.

Prof. Dr. Christoph Wildfeuer wird diesen Einführungskurs zum Thema Quantencomputing leiten, der interaktive Vorlesungen, praktische Simulationen von Quantenalgorithmen direkt in Ihrem Browser und eine praktische Demonstration eines 2-Qubit-Kernspinresonanz (NMR)-Quantencomputers umfasst. Die Sitzung endet mit einer Diskussion über aktuelle Quantentechnologien und einer offenen Fragerunde.