Auch in diesem Jahr wurde wieder der MINTernational Physics Workshop von der Constructor University in Bremen angeboten. Bei dem Workshop, welcher bereits im Januar 2023 stattfand, war das GAK auch mit einigen Schülern aus den Jahrgängen 12 und 13 vertreten. Das Thema des diesjährigen Workshops lautete „Quantum Computing“. Erwähnenswert ist, dass der Workshop fast vollständig von Studenten, unseren Instructors, geplant und durchgeführt wird. Hinzu kommt, dass der Workshop komplett auf Englisch ist, da die Constructor University eine internationale Uni mit Kooperationspartnern wie dem MIT (Massachusetts Institute of Technology) ist.

Am ersten Tag ging es nach einer kurzen Vorstellungsrunde auch schon direkt thematisch mit einem kleinen Gedankenexperiment zum Thema Quanten und den Limitationen klassischer Computer los. Im Anschluss daran haben wir uns als Einstieg in die Welt der Quanten noch mit dem Doppelspalt-Experiment und damit verbunden dem Welle-Teilchen-Dualismus sowie einigen gängigen Interpretationen von Quantenmechanik wie der Koppenhagener Deutung und der Viele Welten Theorie beschäftigt.

Um die Prozesse hinter den Algorithmen, welche wir später programmieren sollten, zu verstehen, haben wir uns an Tag zwei mit den mathematischen Grundlagen vertraut gemacht. Im Wesentlichen ging es dabei um die sogenannte Bra-Ket-Notation, das Rechnen mit Matrizen sowie der bornschen Regel. Bei der Bra-Ket-Notation handelt es sich dabei um eine Notationsform für quantenmechanische Zustände. Der Ket-Ausdruck wird dabei als Spaltenvektor mit komplexen Elementen dargestellt, während der Bra-Ausdruck als Zeilenvektor mit den zum Ket konjugierten Werten dargestellt wird.

Mit den ersten Quantenschaltkreisen ging es erst am dritten Tag los. Bevor wir allerdings anfangen konnten, gab es noch eine kleine Vertiefung zu den Erkenntnissen vom Vortag. In der Vertiefung haben wir uns dann mit den Pauli und Hadamard Gates, sogenannten quantum gates, dem Tensorprodukt als auch mit der Bloch Kugel, einer grafisch-geometrischen Darstellung zur Überlagerung von Quantenzuständen, beschäftigt.

Am vierten Tag ging es dann endlich um Quantenalgorithmen und deren Anwendungen. Dafür haben wir uns das BB84-Protokoll, ein Verfahren in der Quantenkryptografie, den Grover-Algorithmus, einen Quantenalgorithmus zur Suche in einer unsortierten Datenbank, sowie den Shor-Algorithmus, einem weiteren Quantenalgorithmus mit hoher Bedeutsamkeit im Bereich Datensicherheit.

Der Grover-Algorithmus ist der bislang einzige bekannte Algorithmus, für den bewiesen wurde, dass Quantencomputer schneller als klassische Computer sind.

Für den fünften und letzten Tag hatten sich unsere Instructors eine kleine Überraschung überlegt. Nachdem wir zum Abschluss einem Ausblick auf die Zukunft von Quantum Computing bekommen haben, gab es noch eine kleine, von den jeweils zuständigen Professoren geführte Tour durch ein paar der Forschungslabore vor Ort.

Abschließend kann ich den Workshop nur wärmstens für alle Physikbegeisterten empfehlen, da es auf jeden Fall eine sehr besondere Erfahrung ist, bei der man auch gleich einen kleinen Einblick in das Studentenleben erhält.