Quanteninformatik
Kurs für Schülergruppen

Wie werden Daten in der Quanteninformatik codiert und verarbeitet? Dieser Kurs vermittelt die Grundlagen der Quanteninformatik. Er zeigt, wie Quantenschaltungen erstellt werden und wie der Quantenschlüsseltausch funktioniert.

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Jahrgangsstufe
11 bis 13
Dauer
1 Tag
Maximale Teilnehmerzahl
18
Voraussetzungen für die Teilnahme
Kenntnisse zu Grundlagen der Vektorrechnung sind hilfreich, aber nicht notwendig. Kenntnisse der Quantenphysik sind nicht notwendig.

Experimente

  • Mathematische Beschreibung von Qubits und Quantengattern
  • Online Erstellung und Ausführung elementarer Quantenalgorithmen
  • Laborexperimente zur Polarisation von Licht
  • Simulation zum Quantenschlüsseltausch mit dem BB84-Protokoll

Quanteninformationsverarbeitung entwickelt sich derzeit von der Grundlagenforschung zu Anwendungen. Bekannte Beispiele sind Quantencomputer und Quantenkryptographie. Im diesem Kurs erlernen Schüler*innen in der Qualifikationsphase Grundlagen dieser Technologien. Zunächst wird das Qubit als Speichereinheit für Information eingeführt. Die Teilnehmenden nutzen Vektoren und Matrizen, um den Zustand eines Qubits zu beschreiben und den Effekt von Messungen des Zustands zu untersuchen. In einer Online-Entwicklungsumgebung lernen sie dann grundlegende Quantengatter und ihre Wirkung auf Qubits kennen. Den Abschluss des ersten Kursteils bildet ein Einblick in einfache Quantenalgorithmen. Im zweiten Kursteil experimentieren die Schüler*innen zunächst mit Lichtquellen und Polarisatoren zu den Grundlagen der Polarisation von Licht. Sie erhalten eine Einführung in das BB84-Protokoll zum Quantenschlüsseltausch und nutzen interaktive Simulationen, um sich mit dem Protokoll vertraut zu machen. Abschließend wenden sie das Protokoll an, um ein One-Time-Pad (geheimer Zufallsschlüssel) zu erstellen und damit eine Nachricht zu verschlüsseln.

Bei Rückfragen zum Kursinhalt und für inhaltliche Absprachen nehmen Sie bitte Kontakt mit dem Dozenten Dr. Carsten Nowak auf.

Unterrichtsbezug

Informatik: Algorithmen; Kryptologie; Codierung und Übertragung von Daten

Mathematik: Matrizen; Vektoren; Projektionen

Physik: quantenmechanische Superposition; Verschränkung; Polarisation