Die Quantenmechanik ist ein zentraler Bestandteil der modernen Physik. Sie liefert Erklärungen für zahlreiche Phänomene und hat vielseitige Anwendungen, die unseren Alltag prägen. Zudem eröffnet sie das Potenzial für neuartige Computer, die auf den Prinzipien der Quantenmechanik basieren und komplexe Probleme effizient lösen – sogenannte Quantencomputer.

Ziel des Kurses ist es, dass die Teilnehmenden ein grundlegendes Verständnis für Quantenmechanik und Quantenalgorithmen, wie Quantenteleportation oder Quantenaddierer, entwickeln und diese auf realen Quantencomputern testen. Der Kurs bietet eine Einführung in die mathematischen und physikalischen Grundlagen der Quantenmechanik. Gemeinsam erarbeiten die Teilnehmenden zentrale Quantenphänomene wie Verschränkung und untersuchen die Besonderheiten des quantenmechanischen Messprozesses. Anhand der Bellschen Ungleichungen wird diskutiert, warum die Quantenmechanik als Erweiterung der klassischen Physik notwendig ist und welche fundamentalen Konsequenzen sich daraus ergeben.

Im Kurs werden Zwei-Level-Systeme eingeführt, die als Modell für Quantenbits dienen und es ermöglichen, Quanteninformationen zu speichern und zu verarbeiten. Auf dieser Basis lernen die Teilnehmenden, wie Quantencomputer und Algorithmen umgesetzt werden. Ergänzend erarbeiten sie selbständig weiterführende Themen und vertiefen bereits Gelerntes anhand von Übungsaufgaben.

Für eine erfolgreiche Teilnahme sind ein mathematisches Grundverständnis und Interesse an abstrakten Fragestellungen notwendig. Dazu gehört insbesondere die Bereitschaft, sich mit Vektorrechnung und komplexen Zahlen auseinanderzusetzen. Im Vorfeld bereiten die Teilnehmenden Referate zu relevanten Themen aus Mathematik, Physik oder Informatik vor.