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Ein Paar Socken, das gleichzeitig rot und blau sein kann, aber einfarbig ist. Atomkerne, Elektronen, Lichtteilchen, die sich an mehreren Orten gleichzeitig befinden und spukhaft miteinander verbunden sind – für die Phänomene hinter den Quantentechnologien mangelt es nicht an Vergleichen und Erklärungen, doch kaum jemand versteht sie wirklich. In diesem Kurs mit Prof. Bettina Just von der THM (Technische Hochschule Mittelhessen) werden Quantenbits mit ihren merkwürdigen Eigenschaften, Quantengatter und die mathematischen Grundlagen der aufstrebenden Schlüsseltechnolgie Quantum Computing endlich verständlich erklärt – und das mit nur grundlegenden mathematischen Vorkenntnissen.
Zeitaufwand: 3 - 5 Stunden pro Kurswoche
Bitte beachten Sie: Anders als die meisten anderen Kurse auf openHPI steht dieser Kurs nicht unter einer Creative-Commons-Lizenz. Vervielfältigung und Veränderung der Materialien, außer im Zusammenhang mit Ihrer Teilnahme an diesem Kurs, sind nicht gestattet.
Kurssprache: Deutsch
Beginner, Quantum Computing
Kursinformationen
Quantencomputer sind hochkomplexe Maschinen, von denen sich IT-Expert:innen vor allem riesige Fortschritte in der Rechengeschwindigkeit erhoffen. Sie können Probleme in Optimierung, Algorithmik und Kryptographie lösen, die bisher nicht lösbar waren. Vor allem da, wo viele Bedingungen in einem komplexen und wechselseitigen Zusammenspiel betrachtet werden können, etwa in Optimierung, Medizin, Simulation, Logistik, KI, Big Data und vielen anderen Bereichen können Quantencomputer ihr großes Potenzial entfalten. Hierfür braucht es aber Fachkräfte, die diese Potenziale erkennen und Anwendungsszenarien entwickeln können. Derzeit wird hierfür aber oftmals ein tiefes Verständnis von Quantenmechanik oder höherer Mathematik benötigt. Dieser Kurs erhebt den Anspruch, diese Problematik aufzulösen. Lediglich mit grundlegendem mathematischen Wissen auf Schulniveau erklärt Prof. Bettina Just von der THM (Technische Hochschule Mittelhessen), Autorin von Quantencomputing kompakt: Spukhafte Fernwirkung und Teleportation endlich verständlich anschaulich und leicht nachvollziehbar, was es mit Quantenbits, Quantenregistern, Quantengattern und Quantenschaltkreisen auf sich hat.
Der Kurs ist der Anfang einer Reihe von aufeinander aufbauenden Kursen zur Einführung in die Quantentechnologie, die in nächster Zeit auf openHPI veröffentlicht werden. Er bietet einen guten Einstieg in andere Kurse, die auf dem Kanal Quantum Computing auf openHPI nach und nach veröffentlicht werden.
In diesem ersten Kurs zu den Grundlagen des Quantencomputings lernen Sie die Historie und aktuelle Anwendbarkeit der Quantentechnologie kennen. Danach geht der Kurs schnell über zu einer Einführung in das Qubit, Quantenschaltkreise und Quantenregister. Die Begriffe der Zustände und Illustrationen der Konzepte werden eingeführt. Nach einem tiefen Einstieg in Quantengatter und echten Zufall gibt es dann noch einen Ausblick auf das Prinzip hinter der enormen Leistung von Quantenalgorithmen.
Der Kurs Quanteninformation und -kryptografie - Teil 1 schließt nahtlos an diesen Kurs an. Es ist hilfreich, für den Kurs Kryptographie, wenn sie die Einführung besucht haben. Die Kurse sind aber getrennt und können unabhängig voneinander besucht werden.
Quantencomputing Summer School:
Bitte beachten Sie, dass dieser Kurs im Rahmen der Quantencomputing Summer School reaktiviert wurde. Sie haben die Möglichkeit, den Kurs im Selbststudium mit einem Leistungsnachweis abzuschließen. Die neue Frist für die Abgabe der bewerteten Aufgaben ist Dienstag, der 15. Oktober 2024 um 23:55 Uhr UTC.
Was Teilnehmende lernen werden
- Teilnehmer wissen, was ein (logisches) Quantenbit ist und was unverschränkte und verschränkte Quantenregister sind. Sie wissen, wie man in Quantenregistern misst, und kennen die Wirkungsweise erster Quantengatter (Pauli-X, Pauli-Z, Hadamard, CNOT). Sie kennen die Struktur von Quantenschaltkreisen und haben eine Intuition, warum Quantenalgorithmen so schnell sind.
Für wen dieser Kurs gedacht ist
- Interessenten mit wenig oder keinen Vorkenntnissen über Quantencomputing. Vorkenntnisse in Mathematik, Physik und Informatik sind ebenfalls nicht notwendig.
Lernmaterial
Intro
Woche 1: Historie, Begrifflichkeiten, Quantenschaltkreise, -register und -bits:
In Woche 1 lernen Sie Ihre Dozentin Prof. Bettina Just kennen und erfahren, was es mit den wichtigsten Grundbegriffen rund ums Quantencomputing auf sich hat. Sie lernen, was der Unterschied zwischen einem klassischen und einem Quantenbit ist, lernen Quantenschaltkreise kennen und entdecken Quantenregister und ihre Zustände anschaulich illustriert. Mathematisch interessierte Teilnehmende können Quantenregister und Qubit-Messungen auch selbst ausrechnen.Woche 2: Pauli-X, Pauli-Z, Hadamard, CNOT, Superposition und Verschränkung:
In Woche 2 erwarten Sie die wichtigsten Quantengatter und erfahren, wie sich Quantencomputing echten Zufall, Superposition und Verschränkung zunutze macht. Sie erleben Hadamard in Aktion und bekommen einen ersten Eindruck, warum Quantenalgorithmen eigentlich so schnell sind.Abschlussprüfung
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Lernende
Bewertungen
Der Kurs wurde mit durchschnittlich 4.4 Sternen bei 556 abgegebenen Stimmen bewertet.
Anforderungen für Leistungsnachweise
- Den Leistungsnachweis erhält, wer in der Summe aller benoteten Aufgaben mindestens 50% der Höchstpunktzahl erreicht hat.
- Die Teilnahmebestätigung erhält, wer auf mindestens 50% der Kursunterlagen zugegriffen hat.
- Einen Open Badge erhalten Sie, indem Sie den Kurs abschließen.
Mehr Informationen finden Sie in den Richtlinien für Leistungsnachweise.
Dieser Kurs wird angeboten von
Mathematikerin und Informatikerin, viele Jahre Erfahrung als Projektleiterin in der deutschen und europäischen Versicherungswirtschaft. Seit 2010 Professorin an der THM (Technische Hochschule Mittelhessen). Kurse über Quantencomputing seit 2014. Koordinatorin des Netzwerkes "Quanten an HAWn". Autorin des Buches "Quantencomputing kompakt: Spukhafte Fernwirkung und Teleportation endlich verständlich".