Prof. Jörg Hettel von der Hochschule Kaiserslautern baut auf den ersten beiden Kursen der Reihe "Quanteninformation und -Kryptographie" (hier Teil 1 und Teil 2) auf und behandelt in diesem Kurs, wie der Austausch von Quanteninformation durch Quantennetzwerke funktionieren kann. Die zentralen Konzepte eines Quantennetzwerks sind die Verschränkung und die Teleportation. Um Teleportation im Großen einsetzen zu können, werden sogenannte Repeater benötigt. Hiermit eng verbunden ist die Quantenfehlerkorrektur als notwendige Voraussetzung für eine möglichst fehlerfreie Übertragung von Qubits. Freuen Sie sich auf neuartige Anwendungen, die über die Quanten-Key-Distribution hinaus gehen.
Language: Deutsch
Advanced, Quantum Computing
Course information
Prof. Jörg Hettel von der Hochschule Kaiserslautern baut auf den ersten Kursen der Reihe "Quanteninformation und -Kryptographie" (hier Teil 1 und Teil 2) auf.Die bereits bekannten Phänomene Verschränkung und Teleportation bilden die Grundlagen einer Quantenkommunikation über Quantennetzwerke, um die es im Abschluss dieser Kursreihe gehen wird. Zuerst werden einige praktische Anwendungen von verschränkten Systemen und der Teleportation vorgestellt. Danach werden notwendige Technologien für den Aufbau von Quantennetzwerken, wie z.B. Quanten-Repeater vorgestellt. Ein weiteres zentrales Thema des Kurses bildet die Quantenfehlerkorrektur, ohne die zuverlässige Netzwerke nicht realisierbar werden. Es werden auch Anwendungsbeispiele gezeigt, um Ihnen das große Potential der Zukunftstechnologie Quanteninformatik aufzuzeigen.
Für alle, die Qiskit schon kennen, stellen wir in diesem Kurs Jupyter-Notebooks zur Verfügung, mit denen Sie die Simulations- und Rechenbeispiele aus den Videos nachvollziehen und auch selbst experimentieren können. Qiskit-Kenntnisse sind aber keine Voraussetzung für das Verständnis des Kurses und somit auch nicht für die Abschlussprüfung. Wenn Sie Qiskit noch nicht kennen, können Sie das noch im Selbststudium im Kurs Introduction to Quantum Computing with Qiskit (auf Englisch) nachholen. Allgemeine Hinweise zu den Notebooks entnehmen Sie der Readme und dem Einführungs-Notebook. Die passenden Notebooks finden Sie jeweils unter den Videos und gesammelt am Ende der Kurswochen.
Course contents
Intro
Woche 1:
In Woche 1 unseres Kurses wiederholen wir als Einstieg noch einmal kurz das Ekert-Protokoll und die Verschränkung, die Sie schon in den ersten Teilen dieser Kursreihe kennengelernt haben. Ausgehend von diesen Grundlagen beschäftigen wir uns mit Multi-Qubit-Verschränkungen, sowie weiteren Formen der Teleportation, wie z.B. der Gate- oder Open-Destination-Teleportation. Zum Ende der ersten Kurswoche schauen wir uns an, wie auf der Basis von Verschränkung, Teleportation und Repeatern ein Quantennetzwerk aufgebaut werden kann.Woche 2:
In Woche 2 bauen wir die Grundlagen der ersten Woche zu den Repeatern weiter aus und lernen die Möglichkeiten zur Quantenfehlerkorrektur kennen. Hierbei werden auch einige klassische Fehlerkorrekturverfahren, wie z.B. Wiederholungscodes und einfache lineare Codes diskutiert, die als Ausgangspunkt und Ideengeber für die Korrektur von Qubits dienen. Wir werden das Fehlermodell für Qubits diskutieren und sehen, wie Verschränkung bei einer Korrektur von Qubits helfen kann. Anhand des 5-Qubit-Codes wird gezeigt, wie man einen Fehlercode systematisch ableiten kann. Den Abschluss des Kurses bildet ein Ausblick auf einige Anwendungsszenarien für Quantennetzwerke.Abschlussprüfung:
Die Abschlussprüfung wird mit Woche 2 freigeschaltet. Sie haben dann zwei Wochen Zeit, um sie einzureichen. Die Prüfung ist ein Multiple-Choice-Quiz.I like, I wish
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Jörg Hettel ist Professor für internetbasierte Transaktionssysteme an der Hochschule Kaiserslautern. Er arbeitet am Standort Zweibrücken. Er studierte Theoretische Physik und promovierte am Institut für Informationsverarbeitung und Kybernetik an der Universität Tübingen. Neben Vorlesungen aus dem Bereich der Software-Technik hält Prof. Hettel seit über 10 Jahren auch regelmäßig Vorlesungen zu den Themen Quantencomputing und Quanteninformation.