Das Vorlesungsskript behandelt die folgenden Themen:



Warum Quantenkommunikation? Was ist Kommunikation? Was ist Information? Was sind Quanten?



Konzept der Quantenmechanik, Klassisches Ideal der exakten Naturbeschreibung, Unschärfe, Indeterminismus und Wahrscheinlichkeitsvoraussagen, Interferenz, Superposition, Verschränkung, Warum beobachtet man in der klassischen Physik keine Quanteneffekte? (Mathematisches: Verschwinden des Planckschen Wirkungsquantums, Physikalisches: Dekohärenz, Thermisches Widerstandsrauschen)



Hilbertraum, Vollständigkeitsrelation, Spektraldarstellung, Unschärferelation, Quantenmechanischer Dichteoperator, Spur, Tensorprodukt



Qubits



Quantengatter (Einzel-Qubit-Gatter, Zwei-Qubits-Gatter)



QuantenFourierreihe ("Quantum Fourier Transform")



Quantenkommunikationssystem, Kohärente Zustände, Unmöglichkeit der Klonierung ("No Cloning"), Quantenteleportation, Mathematisches: Dekohärenz



Quantenkanal mit thermisch verursachtem Hintergrundrauschen, Quantenkanalmodelle für die Konstruktion und Analyse von Quantenfehlerschutzcodes (Allgemeine Formulierung der Quantenkanäle mit Alternierungen, idealer Quantenkanal, bitkippender Quantenkanal ("bit flip channel"), phasenkippender Quantenkanal ("phase flip channel"),

bit und phasenkippender Quantenkanal (engl. "bit and phase flip channel"), amplitudendämpfender Quantenkanal, phasendämpfender Quantenkanal)



Quantendetektion, Binärer Detektor, Einfaches Beispiel