QuBIT EDU

Prof. Dr. Rainer Müller

PD Dr. Dagmar Hilfert-Rüppell

Dr. Malte S. Ubben

Dr. Riccardo Laurenza

Franziska Greinert, M. Ed.

Ismet Dogan, M. Ed.

Tim Overwin, M. Ed.

Arbeitsthemen

• Koordination im Bereich Education des europäischen Quantum Flagship Projekt QUCATS (QTEdu, EU), s. auch qtedu.eu
• European Competence Framework for Quantum Technologies und Bedarfsanalyse
• Entwicklung und Erprobung eines modularisierten Trainingsangebotes für die Industrie (Projekt QTIndu)
• Lehrbuchkonzept zu Quantentechnologien für Ingenieure (deGruyter)
• MasterClasses zu Quantentechnologien (Exzellenzcluster QuantumFrontiers)
• VR-Escape-Game-Umgebung zum Einstieg in die Quantenprogrammierung: Thema Quantencomputer (QuantumVR, verfügbar auf Steam (BMBF))
• Quantenphysik in der Schule (Projekt milq: www.milq.info; Wesenszüge der Quantenphysik)

Weblinks & Publikationen

• R. Müller, H. Wiesner (2002). Teaching Quantum Mechanics on an Introductory Level, American Journal of Physics 70, 200.
• R. Müller (2016). Die Quantenphysik im Spannungsfeld zwischen Fachlichkeit, empirischer Forschung und Schulpraxis In: Maurer, Christian (Hrsg.): Authentizität und Lernen - das Fach in der Fachdidaktik. Regensburg: Universität Regensburg S. 13-24.
• R. Müller, H. Schecker (2018). Schülervorstellungen zur Quanten- und Atomphysik. In: Schecker H., Wilhelm T., Hopf M., Duit R. (Hrsg.) Schülervorstellungen und Physikunterricht. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg, S. 209-224.
• R. Müller, O. Mishina (2019). milq – Quantum Physics in Secondary School, to appear in the Proceedings of the GIREP Conference 2019 in Budapest.
• F. Greinert, R. Müller, P. Bitzenbauer, M. S. Ubben, K.-A.Weber (2023). Future quantum workforce: Competences, requirements and forecasts. Phys. Rev. Phys. Educ. Res. 19, 010137.
• F. Greinert, R. Müller (2023). European Competence Framework for Quantum Technologies, doi: 10.5281/zenodo.6834598, version 2.
• R. Müller, F. Greinert (2023). Quantentechnologien: Für Ingenieure, Berlin, Boston: De Gruyter Oldenbourg. https://doi.org/10.1515/9783110717457.

Prof. Dr. Heiko Krabbe

Dr. Marco Seiter

Arbeitsthemen

• Einzelphotonenexperimente mit dem Quantenkoffer für die Schule
• Entwicklung eines phänomenorientierten Zugangs zu den Wesenszügen der Quantenphysik/li>

Weblinks & Publikationen

• Cleve, J.-N., Die Wesenszüge der Quantenphysik qualitativ und quantitativ – Entwicklung eines Lehrgangs zu Experimenten mit dem Quantenkoffer. Masterarbeit mit Unterrichtsmaterial

Prof. Dr. Gesche Pospiech

Moritz Förster

Julia Unger

Carsten Albert

Weblinks:

tu-dresden.de/mn/physik/didphy

Schwerpunkte

• Quanteninformation im Physikunterricht
Quanteninformatik im berufsorientierenden Unterricht: Projekt QUILT
Quantenphysik in der Mittelstufe: Projekt Qubits4Pupils (mit IFW Dresden)
Projekt DQC-2STAP im Rahmen von QTEdu
• Mathematik im Physikunterricht

Weblinks & Publikationen

• Pospiech, G. (1999). Quantenkryptographie. Ein elementarer Zugang zur Quantentheorie. Physik in der Schule, 37(3), 201–205.
• Pospiech, G. (2003). Philosophy and quantum mechanics in science teaching. Science & Education, 12(5–6), 559–571.
• Pospiech, G., & Schöne, M. (2014). Quantum Physics in Teacher Education. Frontiers of Fundamental Physics and Physics Education Research, 407–416.
• Pospiech, G., & Schorn, B. (2016). Der Quantencomputer in der Schule. Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule, 65(1), 5–11.
• Pospiech, G. (2019). Pre-Service Teacher’s Views on the use of Metaphors for Describing the Concepts of Uncertainty and Entanglement in Teaching Quantum Physics. International Journal of Physics & Chemistry Education, 11(1), 1–5.
• Pospiech, G., Merzel, A., Zuccarini, G., Weissman, E., Katz, N., Galili, I., Santi, L., & Michelini, M. (2021). The Role of Mathematics in Teaching Quantum Physics at High School. In B. Jarosievitz & C. Sükösd (Hrsg.), Teaching-Learning Contemporary Physics (S. 47–70). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-78720-2_4
• Pospiech, G. (2021a). Die zweite Quantenrevolution—Quanteninformatik im Physikunterricht. PhyDid B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, 1(0). http://www.phydid.de/index.php/phydid-b/article/view/1158
• Pospiech, G. (2021b). Quantencomputer & Co: Grundideen und zentrale Begriffe der Quanteninformation verständlich erklärt. Springer Fachmedien Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-30445-4
• Pospiech, G. (2021c). Quantum Cryptography as an Approach for Teaching Quantum Physics. In B. Jarosievitz & C. Sükösd (Hrsg.), Teaching-Learning Contemporary Physics (S. 19–31). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-78720-2_2
• Michelini, M., Faletič, S., & Pospiech, G. (2023). Approaches and Teaching Resources for Teacher Education in Quantum Physics. In J. Borg Marks & P. Galea (Eds.), Physics Teacher Education (pp. 77–91). Springer Nature Switzerland. https://doi.org/10.1007/978-3-031-44312-1_6
• Albert, C., & Pospiech, G. (2023). Quantenphysik in Klasse 9: Ergebnisse einer Akzeptanzbefragung für ein Spin-First-Unterrichtskonzept. PhyDid B - Didaktik Der Physik - Beiträge Zur DPG-Frühjahrstagung, 1(1). https://ojs.dpg-physik.de/index.php/phydid-b/article/view/1370

Prof. Dr. Jan-Peter Meyn

Akad. Rat Dr. Philipp Bitzenbauer

Forschungsschwerpunkte

Empirische Lehr-Lernforschung zur Quantenphysik

• Konzeptentwicklung Lernender in der Quantenphysik
• Schülervorstellungen zu Konzepten der Quantenphysik
• Quantentechnologie in der Ausbildung von Ingenieuren

Weblinks & Publikationen

• Bronner, P.; Strunz, A.; Silberhorn, C.; Meyn, J.-P. (2009). Interactive screen experiments with single photons. European Journal of Physics 30. 345
• Bronner, P.; Strunz, A.; Silberhorn, C.; Meyn, J.-P. (2009). Demonstrating quantum random with single photons. European Journal of Physics 30. 1189
• Bitzenbauer, P.; Meyn, J.-P. (2019). Quantenphysik g²reifbar unterrichten. Plus Lucis 3/2019, S. 17-21
• Bitzenbauer, P.; Meyn, J.-P. (2020). Von Koinzidenzen zu Wesenszügen der Quantenphysik: Erste Ergebnisse einer summativen Evaluation des Erlanger Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik“. Erscheint in: PhyDid-B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, 2020
• Bitzenbauer, P.; Meyn, J.-P. (2020). A new teaching concept on quantum physics in secondary schools. Physics Education 55. 055031
• Bitzenbauer, P. (2021). Quantum Physics Education Research over the last Two Decades: A Bibliometric Analysis. Education Sciences, 11(11), 699.
• Bitzenbauer, P. (2021). Effect of an introductory quantum physics course using experiments with heralded photons on pre-university students' conceptions about quantum physics. Physical Review Physics Education Research, 17, 020103.
• Bitzenbauer, P., Veith, J., Girnat, B., & Meyn, J.-P. (2022). Assessing engineering students' conceptual understanding of quantum optics. Physics, 4(4), 1180-1201.
• Ubben, M., & Bitzenbauer, P. (2023). Exploring the relationship between students’ conceptual understanding and model thinking in quantum optics. Frontiers in Quantum Science and Technology, 2, 1207619.
• Bitzenbauer, P., Teuner, T., Veith, J., & Kulgemeyer, C. (2023). (How) Do pre-service teachers use YouTube features in the selection of instructional videos for physics teaching? Research in Science Education. https://doi.org/10.1007/s11165-023-10148-z

Prof. Dr. Thomas Filk

Andreas Woitzik

Forschungsschwerpunkte

• Interpretationen der Quantentheorie
• Quanteninformation im Physik- und Informatikunterricht
• Fehlvorstellungen zur Quanteninformation
• Hochschulcurricula zur Quanteninformation für das Lehramt
• Quantenzustandspräparation in Micromasern

Weblinks & Publikationen

QuantumPennyFlip

Filk, T. (2019). Quantenmechanik (nicht nur) für Lehramtsstudierende. Berlin: Springer.

Jun. Prof. Dr. Susanne Weßnigk

Dr. Kim-Alessandro Weber

Dr. Rüdiger Scholz

Dr. Oliver Burmeister (Fortbildung für Lehrkräfte “Quantenphysik”)

Prof. Dr. Gunnar Friege

MSc. Stina Scheer

Moritz Waitzmann

Arbeitsthemen

• Empirische Forschung zur Vermittlung von Quantenphysik in der Schule, insbesondere in Hinblick auf die Entwicklung und Beforschung wirksamer Schlüsselexperimente
• Entwicklung und Evaluation im Bereich quantenphysikalischer Experimente der 2. Generation an der Hochschule (Praktika und Schülerlabore)
• Fortbildung zum Unterrichtsgang Quantenphysik nach dem KC Niedersachsen mit Bezug zur aktuellen Forschung (Experimente der 2. Generation)
• Beteiligung am Exzellenzcluster Quantum Frontiers
• Konzeption und Durchführung von MasterClasses in der Quantenphysik

Weblinks & Publikationen

foeXlab

• Waitzmann, M., Scholz, R. & Weßnigk, S. Forschendes Lernen identifizieren und abbilden. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht: MNU
• Scholz, R., Friege, G., Weber, K.-A. (2018). Undergraduate quantum optics: experimental steps to quantum physics, European Journal of Physics, Volume 39, Number 5
• Weber, K.-A., Scholz, R. (2018). Statistische Optik – Messung von Lichtfluktuationen mit einer programmierbaren LED. phydid B 2018
• Scholz, R., Friege, G., Weber, K.-A. (2016). Undergraduate experiments on statistical optics. European Journal of Physics, Volume 37, Number 5, 055302
• Scholz, R., Weßnigk, S. & Weber, K. (2020). A Classical to Quantum Transition via Key Experiments. European Journal of Physics. Doi: 10.1088/1361-6404/ab8e52

Prof. Dr. Holger Cartarius

Stefan Aehle

Dustin-Philipp Preissler

Arbeitsthemen

• Analogieexperimente zur Quantenphysik und Quantentechnologien
• Multiperspektiven-Schülerlabor zur Quantenphysik mit verschiedenen Analogie-Zugängen und quantenphysikalischen Realexperimenten
• Schulaufgaben zur Quantenphysik und zu Quantentechnologien
• Lehrerfortbildungen zur Quantenphysik und Quantentechnologien
• Didaktische Rekonstruktion zur nichtlinearen und Quantenoptik innerhalb des SFB 1375 NOA – Nonlinear Optics down to Atomic scales
• Quanten-Bildungebungsaufbau für die Wissenschaftskommunikation
• Öffentlichkeitsarbeit zu Quantentechnologien innerhalb des Carl-Zeiss-Stiftung Center for Quantum Photonics

Weblinks & Publikationen

• Website Jena

Michael Thees

In Kooperation mit

Prof. Dr. Michael Fleischhauer (FB Physik), Georg von Freymann (FB Physik/Fraunhofer ITWM), Paul Lukowicz (FB Informatik/DFKI), Herwig Ott (FB Physik), Norbert Wehn (FB Elektro- und Informationstechnik), Artur Widera (FB Physik)

Schule

Entwicklung, Untersuchung und Verbreitung von

• Kursen in Quantentechnologien mit webbasierten Aktivitäten wie Virtual Quantum Lab (AR/VR-Anwendungen) oder Simulationen in Kombination mit kurzen Erklärvideos
• Experimenten, die den Schülerinnen und Schülern erste praktische Erfahrungen auf dem Gebiet der Quantenphysik und Quantentechnologien (physikalischer Hintergrund, Anwendungen) für verschiedene Ausbildungsstufen (Schule, Bachelor- und Masterniveau) ermöglichen
• Lehrerfortbildungskursen über Quantentechnologien und Verbreitung der entwickelten Materialien (Elementarisierung von QT-Kursen für Schulen und Outreach-Aktivitäten)
• QT-Konzepttests und Validierung mit Eyetracking-Analysen

Universitäre Ausbildung

• Interdisziplinärer QT-Kurs für Studierende der Physik, Informatik und Ingenieurwissenschaften (Kombination theoretischer und experimenteller Inhalte mit physikalischen Laborpraktika; z.B. Quantenkryptographie, Quantencomputing etc.)
• Entwicklung, Untersuchung und Verbreitung von Experimenten und zugehörigen Lernmaterialien

Alle diese Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit den beteiligten oder assoziierten Kollegen der Abteilung Physik, Informatik und Ingenieurwissenschaften sowie dem DFKI und dem Fraunhofer ITWM durchgeführt.

Weblinks & Publikationen

AG Kuhn

• outreach project in TRR Spin+X
• Hochberg, K. & Kuhn, J. (2019). What do scientists do? Increasing Awareness of social and networking aspects in everyday activities of scientists. Progress in Science Education (PriSE), 2 (1).
  dx.doi.org/10.25321/prise.2019.849
• Küchemann, S., Becker, S., Klein, P. & Kuhn, J. (2020). Classification of students' conceptual understanding in STEM education using their visual attention distributions: A comparison of three machine-learning ap-proaches. In H. C. Lane, S. Zvacek & J. Uhomoibhi J. (eds), Proceedings of the 12th International Conference on Computer Supported Education - Volume 2: CSEDU (pp. 36-46.). Setúbal, Portugal: SciTePress-Science and Technology Publications, Lda.
• Zangerle, S., Kuhn, J. & Widera, A. (2018). Einsatz von Classroom Response Systemen in Übungen. Progress in Science Education (PriSE), 1 (2).**
  dx.doi.org/10.25321/prise.2018.807

Vertr.-Prof. Dr. Joaquin Marc Veith

Forschungsschwerpunkte

Empirische Lehr-Lernforschung zur Quantenphysik

• Digitale Mediennutzung und Quantenphysik

Weblinks & Publikationen

• Bitzenbauer, P., Teuner, T., Veith, J., & Kulgemeyer, C. (2023). (How) Do pre-service teachers use YouTube features in the selection of instructional videos for physics teaching? Research in Science Education. https://doi.org/10.1007/s11165-023-10148-z

Prof. Dr. Jochen Kuhn (LMU Physik)

Prof. Dr. Alexander Holleitner (TUM Physik)

Prof. Dr. Jan von Delft (LMU Physik)

Dr. Stefan Küchemann (LMU Physik)

Dr. Silke Stähler-Schöpf (PhotonLab)

Dr. Cecilia Scorza-Lesch (LMU Koordinatorin für Schulkontakte)

Dr. Tatjana Wilk (MCQST, Öffentlichkeitsarbeit)

Universitäre Ausbildung

Der Masterstudiengang Quantum Science & Technology (QST) wird gemeinsam von der Technischen Universität München (TUM) und der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) angeboten. Er ist auf einen zweijährigen Zeitraum ausgelegt, in dem die Studierenden eine forschungsbezogene Ausbildung an der Schnittstelle zwischen Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften und Mathematik erfahren und einen frühen Einblick in die aktuelle Forschung auf höchstem internationalen Niveau erhalten. Die Studierenden können an beiden Universitäten Lehrveranstaltungen belegen, um ihren individuellen Studienplan zu gestalten. Ein wichtiger Schwerpunkt liegt auf der interdisziplinären Ausbildung. So sind die Fakultäten Physik, Chemie, Mathematik und Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik der beiden Münchner Universitäten in die Lehre miteingebunden. Darüber hinaus profitieren die Studierenden von der Forschungsumgebung des Exzellenzclusters Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST). Der Studiengang QST geht deutlich über das Standard-Lehrprogramm der Quantenmechanik hinaus, da in der modernen Anwendung von Quantentechnologien (Quantum2.0) die Konzepte der Überlagerung und Verschränkung von zentraler Bedeutung sind. Zu den wichtigsten Studieninhalten gehören beispielsweise Quantencomputer, Quantensensorik, Quantensimulation, Quantenmaterialien und Quantenkryptographie, um nur einige zu nennen. Aufgrund der Komplexität des Fachgebietes richtet sich der Studiengang QST an Studierende, die an der Spitze der Quantenwissenschaften arbeiten und die bestehenden Forschungsgebiete in den Naturwissenschaften (z.B. Physik und Chemie), der Mathematik und den Ingenieurwissenschaften (z.B. Informatik und Elektrotechnik) erweitern

Schülerlabor PhotonLab

Schulklassen führen verschiedene Experimente zu Optik, Photonik und Quantenphysik durch. Im Repertoire sind neben klassischen Optik Experimenten und Interferometrie auch Experimente zur Quantenkryptographie (Analogieexperiment) und ein Quantenzufallszahlengenerator. Besucht wird das PhotonLab jährlich von etwa 100 Schulklassen, die durch eine Führung durch ein echtes Forschungslabor auch Einblicke in die aktuelle Forschung bekommen. Momentan baut das PhotonLab sein Online Angebot aus, das die Schüler optimal auf den Besuch vorbereiten soll. Schauen Sie sich im PhotonLab um und suchen Sie sich ein Experiment aus: PhotonLab, weitere folgen.

Weitere Angebote: Lehrerfortbildungen, Schülerpraktika, Unterstützung für Wettbewerbe (GYPT, Jugend forscht) und Seminararbeiten, Mitmachstand auf Messen wie z.B. Forscha, Tag der offenen Tür …

MCQST Öffentlichkeitsarbeit

Der Exzellenzclusters Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST) führt verschiede Formate für die breite Öffentlichkeit durch wie z.B. Tage der Offenen Tür an den verschiedenen Standorten in München, öffentliche Vorträge zum Thema Quantenwissenschaften und -technologie und Science Slams. MCQST ist an der Entwicklung von Qubit-Demonstratoren beteiligt, die Superposition und Verschränkung erfahrbar machen sollen und im Rahmen des QUANTA Projekts entstehen. Zum Einsatz kommen werden die Demonstratoren dann auch in einer permanenten Ausstellung der Deutschen Museums zur Licht-Materie-Wechselwirkung, die eine Wechselausstellung mit aktuellen Forschungsthemen aus dem Cluster enthalten wird.

Weitere Projekte

DigiQ GALaQSci

Weblinks

Quantum Science & Technology Photonlab Öffentlichkeitsarbeit Munich Center for Quantum Science and Technology

Prof. Dr. Stefan Heusler (UM)

Prof. Dr. Markus Gregor (FH)

Dr. Daniel Laumann (UM)

Dr. Alexander Pusch (UM)

Nils Haverkamp (UM)

Arbeitsthemen

• Empirische Forschung zur Vermittlung von Quantenphysik in der Schule, insbesondere in Hinblick auf den Qubit-Ansatz
• Entwicklung und Evaluation im Bereich quantenphysikalischer Experimente der 2. Generation an der Hochschule (Praktika und Schülerlabore), insbesondere unter Einsatz von digitalen Medien (VR und AR)

Weblinks & Publikationen

O3Q-Projektseite

quantumvisions.net

• Wolfgang Dür, Raphael Lamprecht & Stefan Heusler (2017) “Towards a quantum internet”, European Journal of Physics, Volume 38, Number 4
• Daniel Laumann, Stefan Heusler: „Determining magnetic susceptibilities of everyday materials using an electronic balance”, American Journal of Physics 85, 327 (2017)
• Ubben, M. S. & Heusler, S. Gestalt and Functionality as independent dimensions of mental models in science, Research in Science Education, pp 1–15, doi.org/10.1007/s11165-019-09892-y, 2019
• Stefan Heusler, Malte Ubben, A Haptic Model of Entanglement, Gauge Symmetries and Minimal Interaction Based on Knot Theory Symmetry, 11 (11), 1399; doi.org/10.3390/sym11111399 (2019)
• Heusler Stefan, Schlummer Paul, Ubben Malte. (2021). „The Topological Origin of Quantum Randomness.“ Symmetry 13, Nr. 4. doi: 10.3390/sym13040581.
• Haverkamp Nils, Pusch Alexander, Heusler Stefan, Gregor Markus. (2022). A simple modular kit for various wave optic experiments using 3D printed cubes for education. Physics Education, 2022(57), 1–13. doi: 10.1088/1361-6552/ac4106.
• Heusler, Stefan; Pusch, Alexander; Haverkamp, Nils. (2023). Quantenoptik mit modularen Schülerexperimenten. Low-Cost-Experimente mit dem 3-D-Drucker zur Anwendungsbeispielen von Quantentechnologien. Naturwissenschaften im Unterricht Physik, 34(198), 21–26.
• Haverkamp, Nils; Pusch, Alexander; Gregor, Markus; Heusler, Stefan. (2023). Low-Cost Schülerexperimente zur Wellenoptik. Ein modulares 3D-gedrucktes Experimentierset. Der mathematisch-naturwissenschaftliche Unterricht, 05, 413–420.

PD Dr. Heidi Reinholz

StR Lukas Maczewsky

Arbeitsthemen

• Öffentlichkeitsarbeit im Teilprojekt Ö des SFBs 1477 "Light-Matter-Interactions" der DFG
• Entwicklung von eines Photonlabs (Experimente zu Licht, Lasern und optischer Quantenphysik) im Rahmen des Lehr-Lern-Labor PhySch
• Konzeptentwicklung zur Didaktik modernen Photonik und Quantenphysik (Einzelphotonenexperimente, topologische Isolatoren)
• Erarbeitungen von Fortbildungen für Lehrerinnen und Lehrer zum Thema Quantenphysik

Weblinks & Publikationen

AG Reinholz

• E. H. Krabbe, H. Reinholz, B. Vettin and R. Wodzinski, Licht and lichtbasierte Technologien im Physikunterricht, Sammelband (2015), ISBN: 978-9818197-1-7.
  
• L. J. Maczewsky, K. Wang, A. A. Dovgiy, A. E. Miroshnichenko, A. Moroz, M. Ehrhardt, M. Heinrich, D. N. Christodoulides, A. Szameit and A. A. Sukhorukov, Synthesizing multi-dimensional excitation dynamics and localization transition in one-dimensional lattices, Nat. Photonics 14, 76 (2020).
• L. J. Maczewsky, M. Heinrich, M. Kremer, S. K. Ivanov, M. Ehrhardt, F. Martinez, Y. V. Kartashov, V. V. Konotop, L. Torner, D. Bauer and others, Nonlinearity-induced photonic topological insulator, Science 370, 701 (2020).

Prof. Dr. Ronny Nawrodt

Bestehende Angebote für Oberstufenschüler

• Schülerlabor (zahlreiche experimentelle Angebote, für hier: Interferometrie, Teilchenfalle, Spektroskopie, Quantenkryptographie, Knallertest, Mach-Zehnder, Photonenstatistik, Grundlagen moderner Optik (inkl. Quantenoptik) etc.)
• Berufsorientierungskurse in Physik
• im begrenzten Rahmen Zugang zu Laboren
• maßgeschneiderte Angebote für Schulbesuche, wo gewünscht inkl. Integration in Unterricht