Kurzbeschreibung
Im Rahmen dieser Schülerlaborsreihe werden die Schüler*innen in die Welt der Quantenkryptografie als Anwendungsbeispiel einer Quantentechnologie eintauchen können. Dabei werden zunächst alle relevanten physikalischen Grundlagen in einer übersichtlichen Einführung wiederholt und im Anschluss wird das Verfahren zum sicheren Austausch eines Quantenschlüssels, das sogenannte BB84-Protokoll, gemeinsam erarbeitet.
Der Großteil des Schülerlaborbesuchs wird sich um die Arbeit mit hochsensiblen optomechanischen Materialien der Firma Thorlabs drehen. Hierfür werden die Schüler*innen in Kleingruppen (2-4 Schüler*innen pro Gruppe) eingeteilt, in welchen sie ihr eigenes Experiment zum Erstellen eines Quantenschlüssels aufbauen dürfen.
Sofern erwünscht kann auch gerne eine Laborführung an einem der Physikalischen Institute der Universität Stuttgart hinzugebucht werden, damit Ihre Schüler*innen möglichst frühzeitig einen Einblick in die Arbeitsweise der wissenschaftlichen Mitarbeiter*innen der Universität Stuttgart erhalten.
Zielgruppe
Klassen 11 bis 13
max. 18 Schüler*innen
in 2er, 3er oder 4er Gruppen (Gruppengröße abhängig von der Gesamtanzahl an Schüler*innen)
Dauer
3-4 Stunden mit Pause
Laborführung optional
Anmeldung
Nutzen Sie dazu unser Kontaktformular.
Lernziel
Die Schüler*innen festigen die physikalischen Grundprinzipien der Polarisation, sowie des quantenmechanischen Messprozesses und bringen diese in Form eines Experiments zur Anwendung. Dabei lernen die Schüler*innen den Umgang mit sensiblen optomechanischen Materialien der Firma Thorlabs kennen und gehen damit einen ersten Schritt in Richtung wissenschaftlichem Arbeiten in einer Forschungseinrichtung.
Des Weiteren lernen die Schüler*innen, sich den vermeintlichen Nachteil des quantenmechanischen Messprozesses zunutze zu machen, indem sie ihn in ihrem eigenständig aufgebauten Analogieexperiment zum Quantenschlüsselaustausch selbst erlebbar machen.
Vorwissen
Für den Besuch dieser Schülerlaborsreihe ist es zwingend notwendig, dass in der Schule bereits die grundlegenden Prinzipien der Quantenmechanik unterrichtet wurden. In persönlicher Absprache können jedoch bestimmte Themen, wie beispielsweise die Polarisation, der quantenmechanische Messprozess, das Verhalten von einzelnen Quantenobjekten am Strahlteiler, etc. während des Schülerlaborbesuchs noch einmal gezielt mit den Schüler*innen wiederholt werden.
Anknüpfung an den aktuellen Bildungsplan
Obwohl durch die KMK 2020 neue quantenphysikalische Inhalte in den Bildungsplan übernommen wurden, mangelt es nach wie vor an technologischen Beispielen zur Begründung des Quantenphysikunterrichts in der Schule. Zum Verständnis der Erzeugung eines Quantenschlüssels basierend auf dem BB84-Protokoll besitzen die Schüler*innen jedoch alle Vorkenntnisse, um das hier thematisierte Messprotokoll verstehen und damit eine Anwendung der in der Schule erlernten quantenphysikalischen Grundlagen nachvollziehen zu können.