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Quantencomputing Ferienkurs – Einführung für SchülerInnen

Offered by Isabel Nha Minh Le, Marcel Pfaffhauser, Manuel Wirth

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Woche 1

Willkommen und los gehts! Wir starten mit ein paar spannenden Fakten zu Quantencomputern und werfen einige wichtige Fragen in die Runde. Auf einige dieser Fragen bekommst du während des Kurses Antworten. Es wird spannend: Wir befassen uns mit einem scheinbar einfachen Problem, das sich jedoch als höchst komplex entpuppt. Genau die Herausforderung, die ein Quantencomputer braucht! In dieser Woche arbeiten wir an dem Übergang 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. Die Zustände von Qubits unterscheiden sich sehr von den Zuständen von herkömmlichen Bits, darum schauen wir sie uns etwas genauer an. Außerdem untersuchen wir zusammen ein spezifisches Quanten-Phänomen: die Quantenverschränkung. Zum Abschluss geben wir euch dann noch ein Update zum aktuellen Stand der Technik und der Anwendungsbereiche eines Quantencomputers.

1.1 Willkommen, Inhalte und Struktur des Kurses

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1.2 Das Geburtstagsproblem oder: warum wir Quantencomputer brauchen

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Einige Fragen zum selber Grübeln

Self-test

1.3 Wie kann Quantenphysik genutzt werden, um einen Quantencomputer zu bauen?

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Ein paar Fragen zum klassischen Bit

Self-test

1.4 Superpositionszustände von Qubits

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1.5 Beispiele für Superpositionszustände

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Ein paar Fragen zum Qubit und der Superposition

Exercise

1.6 Zustände mehrerer Qubits und mehrerer klassischer Bits

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Mehrere Qubits - mehrere Zustände

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1.7 Was ist Quantenverschränkung?

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1.8 Der aktuelle Stand der Technik und Anwendungsbereiche

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Alles verschränkt?

Self-test

Woche 2

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. Wir erklären noch ein weiteres spannendes Gate und widmen uns dann dem klassischen Programmierbeispiel "Hello World!", aber für Quantencomputer. Dieses Mal auch mit der Programmiersprache Python.

Die Tools von IBM um einen Quantencomputer zu programmieren

Text

2.1 Was ist der IBM Quantum Composer?

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Erste Schritte mit dem Quantum Composer

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2.2 Das NOT-Gate und das Hadamard-Gate

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2.3 Die Simulation eines Münzwurfes

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Die Simulation und Messung eines Wurfs zweier Münzen auf zwei Qubits

Exercise

2.4 Das CNOT-Gate

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2.5 Quantum Hello World!

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2.6 Quantum Hello World II

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2.7 Was bisher geschah...

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