Quantentechnologie umfasst unter anderem die Bereiche Quantencomputing, Quantenkommunikation und Quantensensorik. Dieser Bereich besitzt eine immer größer werdende gesellschaftliche Relevanz, gleichzeitig besteht das sehr reale Risiko eines Nachwuchsmangels. Ziel unserer Forschung ist hier den Einstieg zu erleichtern, durch Bereitstellung von kostengünstigen Versuchen und Unterrichtsmaterialien zur Quantenphysik 2. Generation.
Open 3 Quantum
Um die Verfügbarkeit zu gewährleisten, verfolgen wir in diesem BMBF-geförderten Projekt den Open 3 Ansatz: open hardware, open source, open educational resources. Ein Versuchsset besteht jeweils aus mehreren Würfeln, die auf einem Raster angeordnet werden. Die Würfel werden mittels 3D Druck angefertigt und enthalten die optischen Komponenten. Zielgruppen sind Schüler*innen der Oberstufe und Student*innen.
Die Sets sind im Vergleich zu traditionellen Versuchsaufbauten sehr kostengünstig, untereinander erweiterbar und benötigen kein weiteres aufwendiges Laborequipment. Sie fördern ein forschendes Lernen und das Interesse an hochrelevanten, aktuellen Technologien.
Unser Beitrag zu diesem Projekt ist ein Set zur Messung von optically detected magnetic resonance (ODMR) an Diamanten mit NV-Zentren. Diese stellen eine vielversprechende Plattform für die Entwicklung von Quantentechnologien dar, aber vergleichbare Versuchsaufbauten sind in der Regel sehr teuer (>10.000 €). Unser Set (ca. 300 €) bietet auch für Schulen die Möglichkeit, die wesentlichen Effekte der NV-Zentren beobachtbar zu machen.
Unsere Projektpartner der Physikdidaktik der Universität Münster haben ein Set zum Aufbau eines Michelson- und Mach-Zehnder Interferometers entwickelt. Von Interferenz bis zum Quantenradierer können hiermit einige Experimente durchgeführt werden. Desweiteren wurde hier ein BB84 Set entwickelt, mit dem Schüler*innen Quantenkryptographie selbst ausprobieren können.
In einer Zusammenarbeit mit der Leibnitz Universität Hannover innerhalb des Projektes werden die Entwicklung von low cost Einzelphotonendetektoren vorangetrieben, um auch Experimente mit Einzelphotonen besser zugänglich zu machen.
Schülerlabor
Der Fachbereich Physikingenieurwesen bietet interessierten Schüler*innen und Klassen ein Experimentierlabor an. Die Versuche orientieren sich am Physiklehrplan der Oberstufe und umfassen unter anderem das Michelson-Interferometer, Mach-Zehnder-Interferometer, eine SPDC Quelle zur Erzeugung verschränkter Photonen und vieles mehr.
Veröffentlichungen
[1] Modular low-cost 3D printed setup for experiments with NV centers in diamond - Stegemann, J., Peters, M., Horsthemke, L., Langels, N., Glösekötter, P., Heusler, S., Gregor, M., 2023. Eur. J. Phys. 44, 035402.
[2] Modularer, preiswerter 3D-gedruckter Aufbau für Experimente mit NV-Zentren in Diamant - Marina Peters, Jan Stegemann, Ludwig Horsthemke, Nicole Langels, Matthias Hollmann, Nils Haverkamp, Stefan Heusler, Peter Glösekötter und Markus Gregor, Vortrag, DPG Tagung Hannover 2023
[4] A simple modular kit for various wave optic experiments using 3D printed cubes for education - Nils Haverkamp, Alexander Pusch, Stefan Heusler and Markus Gregor https://doi.org/10.1088/1361-6552/ac4106
[5] Low-Cost Experimente für die Schule zur Quantenphysik - Nils Haverkamp,
Markus Gregor, Stefan Heusler, 21.09.- 23.09.2022, QuBIT EDU-Konferenz 2022 des CZS Center QPhoton