Preiswerte Experimente zur Quantentechnologie
Ein Team um Prof. Dr. Markus Gregor und Marina Peters vom Fachbereich Physikingenieurwesen unserer Hochschule stellt im Projekt „QuantumMiniLabs“ preiswerte Experimente her, um Quantentechnologien in Schulen zu lehren.
Marina Peters arbeitet zusammen mit Prof. Dr. Markus Gregor an den „QuantumMiniLabs“. (Foto: FH Münster/Frederik Tebbe)
Quantenkryptographie niedrigschwellig erklärt: Die „QuantumMiniLabs“ machen es möglich. (Foto: FH Münster/Frederik Tebbe)
Die Versuchsaufbauten sind modular und skalierbar – und wesentlich günstiger als experimentelle Laboraufbauten. (Foto: FH Münster/Frederik Tebbe)
Bei der Quantenphysik geht es um Phänomene im atomaren und subatomaren Bereich. Diamanten zum Beispiel, mit denen Forscher*innen in der Quantenphysik arbeiten, sind nur fast so groß wie Sandkörner: mikrometerklein. Ohne Quantenphysik gäbe es heute keine Computer und keine Laser – und alles, was damit verbunden ist. Digitalisierung wäre ohne Quantenphysik also im Grunde undenkbar. Umso wichtiger ist es, Nachwuchs für dieses Forschungsfeld zu gewinnen, am besten direkt in den Schulen. „Quantenphysik ist inzwischen ein verbindliches Thema im Physik-Lehrplan der Sekundarstufe II“, so Prof. Dr. Markus Gregor. Doch Experimente in der Quantenphysik sind in der Regel teuer und der Versuchsaufbau im Labor kostet Summen im fünfstelligen Bereich. Ein Team um Prof. Dr. Markus Gregor und Marina Peters vom Fachbereich Physikingenieurwesen unserer Hochschule schafft im Verbundprojekt „QuantumMiniLabs“ deshalb Abhilfe: Mit einfachen Mitteln stellen sie für den Schulunterricht erschwingliche Experimente vor. In der Sekundarstufe II kann damit etwa der Einstieg in die Quantenkryptographie vermittelt werden.
„Wir wollen sicherstellen, dass Quantentechnologien sichtbarer und durch Schülerexperimente erfahrbar werden“, so Gregor. „Und das ist mithilfe der QuantumMiniLabs möglich.“ Bei den Versuchen handelt es sich um preiswerte, modulare, skalier‐ und reparierbare, praktische Experimente mit Quantensystemen der zweiten Generation. Neben 3D-gedruckten Bauteilen verwenden die QuantumMiniLabs kostengünstige Optik- und Elektronikkomponenten sowie Stickstoff-Fehlstellen-Diamanten im Mikrometerbereich. Mit den Experimentierkits können Schüler*innen zum Beispiel niedrigschwellig lernen, wie abhörsichere Kanäle mithilfe von Quantenkryptographie entstehen, die so auch etwa von Banken genutzt werden, um ihre Nachrichten zu verschlüsseln.
Das Team unserer Hochschule arbeitet in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt mit der Hochschule Ruhr West in Bottrop, der Universität des Saarlandes in Saarbrücken, der openUC2 GmbH in Jena, dem wisnet innovation research institute e.V. in Hagen, der Friedrich-Schiller-Universität in Jena sowie der Universität Münster zusammen. Ziel ist es, insgesamt 100 Lernorte in Deutschland – darunter Schulen, MakerSpaces und FabLabs – mit den QuantumMiniLabs auszustatten und Fortbildungen für Lehrer*innen anzubieten, um die Experimente einzusetzen. Wer Interesse daran hat, kann sich per Mail an markus.gregor@fh-muenster.de im Labor für Quantentechnologie wenden.
Das Projekt baut auf dem Vorgänger „O3Q“ auf, in dem Gregor und Peters bereits mit einem modularen Würfelsystem Experimente zur Wellen- und Quantenoptik hergestellt haben. Unter O3Q.de stellt das Team Druckdateien, Teilelisten, Experiment-Anleitungen, Arbeitsmaterialien und weiterführende Informationen zur Verfügung.