Vom Bit zum QubitPD Dr. Sabine Wölk

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Woche 1

In Woche 1 lernen Sie Ihre Dozentin PD Dr. Sabine Wölk sowie die Gemeinsamkeiten und Unterschiede von klassischen Bits und Quantenbits, kurz Qubits, kennen. Was ist der Unterschied zwischen der quantenmechanischen Superposition, bei welcher ein Qubit angeblich gleichzeitig 0 und 1 ist, und klassischen Zufall, wie zum Beispiel bei einem Münzwurf? Wie kann man Qubits benützen um Nachrichten zu verschlüsseln und was haben Qubits mit Zeigern in einer Kugel, der sogenannten Blockugel, zu tun?

Einführung

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Von der Idee des klassischen Computers zur Idee des Quantencomputers

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Quiz 1 Klassisches Bit vs. Quantenbit

Exercise

Das Quantenbit: die Polarisationsrichtung des Lichts als Informationsspeicher

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Das Quantenbit und Messungen

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Quiz 2: Das Quantenbit

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Anwendung: Übertragung eines Quantenschlüssels

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Quiz 3

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Superposition versus klassischer Zufall

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Quiz 4: Superposition versus klassischer Zufall

Exercise

Darstellung von Qubits mit der Bloch-Kugel: Notwendige Messungen

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Darstellung von Qubits mit der Bloch-Kugel: Die Bloch-Kugel

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Quiz 5: Darstellung mit der Bloch-Kugel

Exercise

Rotation eines Qubitzustandes

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Quiz 6: Rotation eines Qubit-Zustandes

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Ein-Qubit-Quantengatter

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Quiz 7: Ein-Qubit-Quantengatter

Exercise

Woche 2

In Woche 2 beschäftigen Sie sich mit Quantensystemen mit 2 und mehr Qubits. Sie erfahren was es mit der ominösen Verschränkung auf sich hat und wie man experimentell zeigen kann, dass Einstein unrecht hatte. Sie lernen ein erstes Problem kennen welches mit Hilfe von Quantenalgorithmen exponentiell schneller gelöst werden kann. Außerdem wird die Umsetzbarkeit von Quantencomputing diskutiert und sie erfahren welche Probleme wahrscheinlich mittels Quantencomputing schneller gelöst werden können und welche nicht.

Zwei-Qubit-Systeme

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Quiz 8: Zwei-Qubit-Systeme

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Messungen an mehreren Qubits

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Quiz 9: Messungen an mehreren Qubits

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Die Bell-Ungleichung: Quantenzustände und Korrelationen

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Die Bell-Ungleichung: Bell versus Einstein

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Quiz 10: Die Bell-Ungleichung

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Quantenschaltkreise: das Controlled-NOT-Gatter

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Quantenschaltkreise: das Toffoli-Gatter

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Quiz 11: Quantenschaltkreise

Exercise

Der universelle Quantencomputer

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Quiz 12: Der univeselle Quantencomputer

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Der Deutsch-Jozsa Algorithmus

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Quiz 13: Deutsch-Jozsa-Algorithmus

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Ausblick: Experimentelle Quantencomputer

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Quiz 14: Experimentelle Quantencomputer

Exercise

Was können wir von einem Quantencomputer erwarten?

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Quiz 15: Was können wir von Quantencomputern erwarten?

Exercise

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Lösungen und Hinweise zur Abschlussprüfung

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