Bild: Deutsches Museum
Modul 1
Inhalte & Einführungsmaterial
In diesem Modul geht es darum, eine Wissensgrundlage für die Vermittlung und Kommunikation von Inhalten in den Modulen 2 und 3 zu erarbeiten und bereitzustellen. Dabei wurden verschiedene Fachleute, aber auch andere Personengruppen wie z.B. Schüler:innen und Museumsbesucher:innen mit einbezogen.
Die erarbeiteten Grundlagen beziehen sich im Wesentlichen auf drei Teile:
- Zukunftsszenarien
- Technologie-Steckbriefe
- Demonstrator eines Quantencomputers
1. Zukunftsszenarien
Wie könnten sich Anwendungen von Quantentechnologien und deren Umfeld bis zum Jahr 2040 entwickelt haben?
Anstatt eine Prognose zu treffen, haben wir vier Zukunftsszenarien entwickelt, welche die Bandbreite möglicher technischer, wirtschaftlicher, sozialer und politischer Entwicklungen darstellen und unterschiedliche plausible Zukünfte aufzeigen.
Das „Gerüst“ der Szenarien ist im Vorläuferprojekt „QUANTA“ in einem Workshop mit Fachleuten für Quantenphysik und -technologie aus Forschung, Industrie und Bildung entstanden. Im Projekt Quanten(t)räume wurden diese Rohszenarien aktualisiert, mit weiteren Zielgruppen diskutiert und schließlich ausformuliert. Die Texte richten sich an interessierte Personen ab der Oberstufe und besitzen eine gewisse inhaltliche Tiefe, ohne zu sehr ins Detail zu gehen. Sie sollen dazu dienen, sich der Bedeutung von Quantentechnologien in der Welt und im Alltag der unterschiedlichen Szenarien besser bewusst werden zu können.
Die folgende Grafik zeigt die Bandbreite der vier Szenarien anhand der jeweiligen Namen und einer Einordnung nach Ausgereiftheit der Quantentechnologien (QT) und Zugänglichkeit zu den Technologien und ihren Möglichkeiten. Die vollständig formulierten Szenarien sind hier zu finden.
2. Technologie-Steckbriefe
Die Technologie-Steckbriefe geben eine kurze Übersicht über mögliche Anwendungen von Quantentechnologien (QT) in verschiedenen Bereichen. Anhand der Abschnitte „Was?“, „Wofür?“, „Wie?“ und „Ausblick“ vermitteln sie auf einer Seite einen Eindruck, wie und wofür QT in Zukunft möglicherweise eingesetzt werden können. Da sich viele Anwendungen von QT noch in einer frühen Phase der Entwicklung befinden, gibt die Leiste unten zudem einen Einblick in den „Technologie-Reifegrad“.
Die Auswahl der Steckbriefe orientiert sich an den Ausstellungsinhalten der Museen. Ein besonderes Augenmerk gilt der Vielfalt und Unterschiedlichkeit der Anwendungen. Die Inhalte wurden durch das Fraunhofer ISI erstellt. Nach anfänglicher Recherche wurden die Inhalte durch vielfältige Iterationen mit Fachleuten und Vertreter:innen der breiten Zielgruppe des Projektes hinsichtlich Ausrichtung und Ausformulierung weiterentwickelt.
Die insgesamt 16 Steckbriefe werden zum Projektabschluss veröffentlicht. Anbei ist der Steckbrief „#02 Quantentechnologien in der Wettervorhersage“ als Beispiel aufgeführt.
3. Demonstrator Quantencomputer
Bild: Moritz Dorband
Was passiert eigentlich in einem Quantencomputer? Und wie funktioniert die zugrundeliegende Logik, also Quantenalgorithmen? Um das zu veranschaulichen, haben wir einen Demonstrator für Quantenalgorithmen konstruiert. Er beinhaltet drei (simulierte) Qubits (Quantenbits). Diese können mit logischen Gattern, welche den Zustand der Qubits beeinflussen können, beliebig angesteuert werden können. Der Algorithmus wird dann in der SpinDrops-Software der AG Glaser (TUM) angezeigt. In der Software kann Schritt für Schritt nachvollzogen werden, wie genau die Gatter den Zustand der Qubits beeinflussen und damit eine logische Schaltung umsetzen. Damit können Algorithmen wie Quantenteleportation oder Quantenfehlerkorrektur, aber auch selbst ausgedachte Schaltungen, anschaulich verstanden werden.
Die hier gezeigte Version des Demonstrators wird derzeit überarbeitet, um eine “Light”-Version, als finale Version zu erstellen. Das Ziel ist, den Demonstrator für zB Schulen möglichst günstig und einfach nachbaubar zu machen.