Im Rahmen der Überarbeitung des niedersächsischen Physiklehrplans soll auch das Thema Quantentechnologie stärker berücksichtigt werden. Forschende des Exzellenzclusters QuantumFrontiers und des Sonderforschungsbereichs DQ-mat unterstützen diesen Prozess seit vergangenem Jahr mit ihrer Expertise.
Neben der Entwicklung von Experimentiersets mit denen quantentechnologische Phänomene im Unterricht behandelt werden können, sollen auch praktische Anwendungsbeispiele der Quantenphysik eine Rolle spielen. Dazu haben die Forschenden jetzt eine Webanwendung zur Erzeugung von Quantenschlüsseln entwickelt. Quantenschlüssel werden in der Quantenkryptografie verwendet, um Nachrichten abhörsicher übertragen zu können. Eine Variante der Webanwendung ermöglicht zudem die Simulation eines Lauschangriffs: Gelingt es einer dritten Person, den geheimen Schlüssel abzufangen?
Die Erzeugung des Quantenschlüssels beruht auf verschiedenen Polarisationszuständen von Photonen. Die unterschiedlichen Polarisationen erzeugen unterschiedliche Bitwerte, welche die Grundlage des Schlüssels darstellen. Zur zufälligen Wahl von Polarisationsbasis und Bit haben die Projektpartner aus der Physikdidaktik an der Universität Münster dazu im 3D-Druck Würfel entwickelt. Rund 12.000 dieser Würfel in ca. 400 Sets hat das Projektteam in den vergangenen Monaten im Rahmen der landweiten Implementationsfortbildungen zum neuen niedersächsischen Lehrplan verteilt. Auf den Fortbildungen lernten die Lehrkräfte den Umgang mit der Webanwendung und können so die zukünftigen Abiturientinnen und Abiturienten für Anwendungen der Quantentechnologie begeistern.
Die beiden interaktiven Simulationen zur Quantenschlüsselverteilung nach dem BB84-Protokoll können hier aufgerufen werden.
