Quantencomputing als Abiturfach: Lehrer vom Leibniz Gymnasium stellt das Konzept in Trondheim vor

Wie kann Quantencomputing schon in der Schule vermittelt werden? Mit dieser Frage beschäftigte sich Jörg Gutschank vom Leibniz Gymnasium | Dortmund International School Anfang Oktober bei der internationalen DidactiQC-Konferenz in Trondheim, Norwegen. In zwei Beiträgen zeigte er, wie die Ergebnisse des europäischen Science on Stage Projekts „Quantum Computing in STEM Education“ nicht nur in Unterrichtsmaterialien münden, sondern bereits den Weg in die Schulpraxis finden.

Von der Materialentwicklung zum Abiturfach

Im Mittelpunkt seines Vortrags stand die Frage, wie Quantencomputing dauerhaft im schulischen Curriculum verankert werden kann. Grundlage dafür ist das europäische Projekt „Quantum Computing in STEM Education“, in dem 20 Lehrkräfte aus 15 Ländern über mehr als zwei Jahre hinweg gemeinsam offene Unterrichtsmaterialien entwickelt, erprobt und weiterentwickelt haben.

Als Hauptkoordinator des Projekts stellte Jörg Gutschank die entstandenen Materialien vor und berichtete vor allem von deren nächstem Entwicklungsschritt: der Umsetzung an seiner Schule. Das Leibniz Gymnasium | Dortmund International School wird ab dem Jahrgang 2030 einen fächerübergreifenden Projektkurs „Quantencomputing“ anbieten. Der Kurs verbindet Inhalte aus Physik, Informatik und Mathematik und ist als benoteter Bestandteil der gymnasialen Oberstufe konzipiert. Darüberhinaus können die von der Schülerin oder dem Schüler im Quantencomputing-Kurs erstellten Produkte in der Präsentationsprüfung des fünften Abiturfachs geprüft werden (Prüfungsfach ist dabei das vom Prüfling gewählte Referenzfach Physik, Mathematik oder Informatik).

Mit diesem Ansatz übernimmt die Schule eine Vorreiterrolle. Während Quantentechnologien in vielen Ländern noch kaum in der Sekundarstufe behandelt werden, entsteht in Dortmund eines der ersten konkreten Beispiele dafür, wie Quantencomputing dauerhaft in die schulische Bildung integriert werden kann. Die im Science on Stage-Projekt entwickelten Materialien bilden dabei die Grundlage für ein Lernangebot, das Schüler*innen einen Zugang zu einer Technologie eröffnet, die künftig in Wissenschaft und Wirtschaft zunehmend an Bedeutung gewinnen wird.

Quantencomputer selbst ausprobieren

Dass Quantencomputing nicht nur theoretisch vermittelt werden muss, zeigte Jörg Gutschank in einem anschließenden Praxisworkshop. Dort erhielten die Teilnehmenden die Möglichkeit, selbst Programme auf einem echten Quantencomputer auszuführen.

Mithilfe von Qiskit, dem Open-Source-Framework von IBM, und dem Zugang zur Quantenhardware des finnischen Unternehmens IQM konnten die Teilnehmenden erste Berechnungen auf einem Quantencomputer durchführen. In kleinen Gruppen arbeiteten sie an vorbereiteten Raspberry-Pi-Systemen, richteten den Zugang zur Hardware ein und führten grundlegende Experimente durch.

Der Workshop demonstrierte zugleich einen zentralen Gedanken des Projekts: Schüler*innen sollen nicht nur über Quantencomputing sprechen, sondern selbst Erfahrungen mit realer Quantenhardware sammeln können. Die entwickelten Materialien machen genau dies auch für Schulen möglich.

Austausch auf Augenhöhe

Die beiden Beiträge in Trondheim verdeutlichten, wie sich die Ergebnisse internationaler Bildungsprojekte konkret in die Unterrichtspraxis übertragen lassen. Während viele Initiativen bei der Entwicklung von Materialien enden, geht das Projekt „Quantum Computing in STEM Education“ einen Schritt weiter: Mit dem geplanten Projektkurs am Leibniz Gymnasium | Dortmund International School werden die gemeinsam entwickelten Inhalte erstmals systematisch in ein schulisches Angebot auf Oberstufenniveau überführt.

Ein besonderer Mehrwert der DidactiQC-Konferenz lag für Jörg Gutschank im interdisziplinären Austausch. „So viel Von-einander-lernen-Wollen und so viel Respekt auf Augenhöhe zwischen Hochschulprofessoren, Fachwissenschaftlern für Mathematik, Physik und Informatik, Didaktikern und Lehrern habe ich nirgendwo sonst erlebt“, resümiert er.

Die Veranstaltung machte damit deutlich, wie wichtig die Zusammenarbeit von Schule, Wissenschaft und Fachdidaktik für die Weiterentwicklung der Quantenbildung ist. Gleichzeitig zeigten die beiden Beiträge von Jörg Gutschank, wie die Ergebnisse einer europäischen Lehrkräfteinitiative den Weg aus der Projektarbeit in den Unterrichtsalltag finden können.