Der Kurs thematisiert die informatische Simulation von Quantencomputern und grundlegenden physikalischen Quantenphänomenen. Dabei lernen die Studierenden forschend zu arbeiten, indem sie selbstständig Simulationen programmieren. Mein Angebot zum forschenden Lernen lässt sich in fünf Phasen gliedern.

Da die Simulation von Quantenschaltkreisen sehr voraussetzungsreich ist, bedarf es zunächst einer Einführung in die theoretischen und technischen Grundlagen, die in den ersten beiden Phasen fokussiert werden. In der ersten Phase wird das Themenfeld der komplexen Zahlen behandelt. Dabei werden den Studierenden die komplexen Zahlen einerseits durch inhaltliche Inputs vermittelt. Andererseits setzen sich die Studierenden über konkrete Übungen mit diesem Thema auseinander, indem sie eine Bibliothek zum Rechnen mit komplexen Zahlen programmieren. Durch meinen inhaltlichen Input und die Auflage, einen konzeptionellen Programmierstil umzusetzen, können die Studierenden dieses Grundlagenwissen verinnerlichen.

Die zweite Phase ist ähnlich aufgebaut und beginnt mit einer Einführung in die Quantentheorie (Schrödinger’sche Wellengleichung; Quantenbit). Es folgen praktische Übungen, in denen die Studierenden einen Quantenschaltungssimulator selbst aufbauen und typische Quantengatter programmieren.

Nach den beiden Einführungsphasen beginnt die eigentliche Projekt- und Forschungsarbeit, die ebenfalls in zwei Phasen unterteilt ist. In der dritten Phase bauen die Studierenden (in Einzelarbeit oder in Zweierteams) zunächst einen Simulator in einer Programmiersprache ihrer Wahl, um in die Materie einzutauchen und ein tieferes Verständnis der Thematik zu erlangen. Darauf aufbauend wählen die Studierenden in der zweiten Semesterhälfte, der vierten Phase, ein eigenes Programmierprojekt, dass Quantenphänomene simuliert und medial ansprechend aufbereitet. Neben der eigenständigen Forschungstätigkeit ist diese Phase durch regelmäßige Präsentationen des Projektfortschritts und der Dokumentation des Programmcodes gekennzeichnet.

In der fünften und letzten Phase des Kurses werden die verschiedenen Projekte inklusiv einer Programmdemo im Seminar vorgestellt, diskutiert und von mir bewertet. Das Projekt und die dazugehörige Präsentation stellen die zu erbringenden Prüfungsleistungen dar.