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Alle, die schon immer mal etwas über Quantencomputer lernen wollten, sind herzlich willkommen, sich im Rahmen dieses 5-wöchigen Kurses mit dieser spannenden Thematik an der Schnittstelle von Physik und Informatik zu beschäftigen.
In fünf Modulen lernen wir zunächst einige theoretische Grundlagen des Quantencomputings kennen: Wie funktioniert ein Quantencomputer? Warum ist diese neue Technologie interessant? Außerdem gehen wir gemeinsam erste Schritte im Programmieren eines Quantencomputers. Vorkenntnisse in der Programmierung sind hierfür zwar hilfreich, aber nicht notwendig. Der Kurs ist für Schüler:innen der Oberstufe (ab der 10. Klasse) gedacht und lässt sich wunderbar in den Physik- oder Informatikunterricht integrieren.
Kurssprache: Deutsch
Junior, Quantum Computing
Kursinformationen
In fünf Modulen lernen wir zunächst einige theoretische Grundlagen des Quantencomputings und gehen dann gemeinsam erste Schritte im Programmieren eines Quantencomputers:
In der ersten Woche besprechen wir, weshalb Quantencomputer solch großes Interesse wecken.
In der darauffolgenden Woche lernen wir, wie sogenannte Superpositionszustände, ein Phänomen aus der Quantenphysik, in Quantencomputern genutzt werden und führen das Konzept der Qubits ein.
Darauf aufbauend wird in der dritten Woche ein weiteres Quantenphänomen, die Quantenverschränkung, eingeführt.
In der vierten und fünften Woche programmieren wir das erste Mal einen Quantencomputer mit Hilfe des IBM Quantum Composers.
Dieser Kurs besteht aus kurzen Lernvideos, Multiple-Choice-Tests und einer kleinen Abschlussprüfung. Vorkenntnisse in der Programmierung sind hierfür zwar hilfreich, aber nicht notwendig. Für das Programmieren stellen wir alles zur Verfügung, sodass auch keine Software installiert werden muss.
Dieser Kurs steht allen Interessierten offen, richtet sich aber vor allem an Schüler:innen ab Klasse 10 und lässt sich gut in den Physik- oder Informatikunterricht integrieren.
Was Teilnehmende lernen werden
- Warum sind Quantencomputer interessant?
- Was ist ein Qubit?
- Superpositionszustände - ein Konzept aus der Quantenphysik
- Quantenverschränkung - ein weiteres Konzept aus der Quantenphysik
- Einige wichtige Quantengatter: NOT, Hadamard, CNOT
- Erste Schritte im Programmieren eines Quantencomputers mit dem IBM Quantum Composer
- Erste Schritte im Programmieren eines Quantencomputers mit Qiskit
Lernmaterial
Intro
Woche 1: Warum sind Quantencomputer interessant?:
Nach einer kurzen Begrüssung und einigen spannenden Fakten zu Quantencomputern werfen wir einige wichtige Fragen in die Runde. Auf einige dieser Fragen wirst du dann während des Kurses Antworten erhalten. Abschliessen werden wir den kurzen Block mit einem scheinbar einfachen Problem, welches sich aber als höchst komplex entpuppt. Genau die Herausforderung, die ein Quantencomputer braucht!Woche 2: Lasst uns eine Münze werfen!:
In dieser Woche befinden wir uns an der Schnittstelle zwischen klassischer Programmierung und dem Quantencomputing. Wir gehen auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede ein und erläutern die spezifischen Eigenschaften des Quantumcomputings wie etwa Qubits oder Superposition etwas genauer.Woche 3: Was sind das denn hier für Zustände?:
Die Zustände von Qubits unterscheiden sich sehr von denen von herkömmlichen Bits, weshalb wir einen genaueren Blick darauf werfen. Ausserdem schauen wir uns ein spezifisches Quanten Phänomen an: die Quantenverschränkung. Zum Abschluss gibt es dann noch ein Update zum aktuellen Stand der Technik und der Anwendungsbereiche eines Quantencomputers.Woche 4: Kein Musiker aber doch ein Komponist:
Genug von Theorie - wir wollen Coden! In dieser Woche schauen wir uns ein Tool von IBM Quantum zur Programmierung von Quantencomputern genauer an und lernen einige Grundelemente des Visuellen Scriptings vom IBM Quantum Composer kennen.Woche 5: Wir schließen das Gate!:
Zu Beginn der Woche erklären wir noch ein weiteres spannendes Gate und widmen uns dann dem klassischen Programmierbeispiel "Hello World!", aber für Quantencomputer. Dieses Mal auch mit der Programmiersprache Python.Abschlussprüfung
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Lernende
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
Isabel ist Forschungspraktikantin bei IBM Quantum at IBM Research Europe - Zurich. Sie forscht im Bereich Quantum Algorithms und Quantum Machine Learning für Anwendungen in der Chemie und Materialwissenschaften. Zuvor hat sie als Teil des IBM Quantum Community Team Europe & Africa Quantencomputing-Workshops an Schulen in Deutschland gegeben.
Isabel hat ihr Physikstudium an der RWTH Aachen abgeschlossen und dabei einen Fokus auf Quanteninformationstheorie und Quantentechnologien gelegt.
Marcel studierte Informatik an der ETH Zürich. Er schloss mit dem Master in Theoretischer Informatik in 2011 ab, bevor er an der USI Lugano Forschung im Bereich Quantum Informations Theorie betrieb.
Danach bildete er sich weiter im Bereich Informatik Didaktik und arbeitete 5 Jahre lang als Unity Software Engineer mit Fokus auf Augmented Reality, Virtual Reality und Gamification.
2020 schloss er sich IBM Research in Zürich an, wo er für das Quantum Community Team tätig ist. Dort arbeitet er an verschiedenen Aktivitäten im Bereich Lehre und Events um einer breiten Menge an Leuten Wissen über Quanten Computer näher zu bringen.
Manuel ist Praktikant bei IBM Quantum at IBM Research Europe - Zurich. Bevor er dem Outreach und Education Team beigetreten ist, hat er von 2013 bis 2019 an diversen Sekundarschulen unterrichtet und danach Game Design an der Zürcher Hochschule der Künste studiert. Dieses Studium hat er im Jahr 2022 abgeschlossen.
Er unterstützt Marcel und Isabel bei der Betreuung des Kurses im Hintergrund.