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Franziska Gerke1
Rainer Müller1
Philipp Bitzenbauer2
Malte Ubben3
Kim-Alessandro Weber4
1TU Braunschweig
2FAU Erlangen
3WWU Münster
4LU Hannover
“Requirements for future Quantum Workforce”-Delphi-Studie:
Ergebnisse der Pilotrunde
Die steigende Relevanz von Quantentechnologien in Deutschland (s. z. B. Acatech
IMPULS1; Konjunkturpaket der Bundesregierung2) und Europa (s. z. B. Quantum Flagship3)
stellt die (universitäre) Ausbildung von Fachkräften in diesem Bereich vor neue Heraus-
forderungen – nicht nur in der Physik, sondern auch in den Ingenieurwissenschaften. Ein
Ziel des europäischen Flagship-Projektes QTEdu4 ist die Entwicklung eines europäischen
Kompetenzrahmens für die Quantentechnologien der zweiten Generation.
Als Grundlage dafür dient die hier vorgestellte Delphi-Studie: Es werden Kenntnisse und
Kompetenzen im Bereich der Quanteninformationstechnologien identifiziert, die teilweise
schon jetzt, vor allem aber in Zukunft, in der Industrie benötigt werden. Diese werden
strukturiert, um schließlich messbare Kompetenzstufen abzuleiten. So soll ein Kompetenz-
rahmen entstehen, der die Anforderungen an Fachkräfte im Bereich der Quantentechno-
logien widerspiegelt. In diesem Beitrag werden ausgewählte Ergebnisse der Pilotrunde vor-
gestellt, die die Basis für die Befragung der ersten Hauptrunde bilden.
Die Delphi-Methode zeichnet sich durch einen iterativen Befragungsprozess aus: Auf den
Ergebnissen der vorherigen Befragung basieren die nachfolgenden Fragestellungen (Häder,
2009). Sie wurde ausgewählt, um in diesem neuen Feld moderner Quantentechnologien ein
breites Spektrum an Expertenmeinungen und -einschätzungen einzubeziehen. In den aufein-
ander aufbauenden Befragungsrunden wird durch den Übergang von primär offenen Fragen
in den ersten Runden hin zu Ratingfragen in der letzten Runde sukzessive auf eine Konsens-
findung hingewirkt, um schließlich ein Kompetenzstrukturmodell abzuleiten. An der Pilot-
runde, die um den März 2020 stattfand, nahmen 28 Personen aus mindestens 10 Ländern
teil. Die Teilnehmenden wurden über Netzwerke der Community geworben und gaben
vorwiegend an, im Bereich der Wissenschaft tätig zu sein und über langjährge Erfahrung zu
verfügen. So wurde die eigene Kompetenz in diesem Fachbereich überwiegend als hoch oder
sehr hoch eingestuft.
1 Acatech IMPULS (2020). Innovationspotenziale der Quantentechnologien der zweiten Generation. URL:
www.acatech.de/publikation/innovationspotenziale-der-quantentechnologien/.
2 Konjunkturprogramm: Corona-Folgen bekämpfen, Wohlstand sichern, Zukunftsfähigkeit stärken. Ergebnis
Koalitionsausschuss 3. Juni 2020. URL: www.bundesfinanzministerium.de/Content/DE/Standardartikel/
Themen/Schlaglichter/Konjunkturpaket/2020-06-03-eckpunktepapier.pdf.
3 Quantum Flagship: The future is Quantum. Initiative of the European Commission. URL: qt.eu.
4 QTEdu: Coordination and Support Action for Quantum Technology Education. Projekt of the Quantum
Flagship Initiative. URL: https://cordis.europa.eu/project/id/951787.
Jeweils abgerufen am 24.09.2020.
This study is part of a project that has received funding from the European Union’s Horizon 2020
research and innovation programme under grant agreement No 951787.
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Zur Auswertung wurde bei geschlossenen Fragen eine deskriptivstatistische Analyse
durchgeführt, die Ergebnisse wurden bereits in PhyDid B veröffentlicht (Gerke et al., 2020).
Hinzu kommen die Resultate einer qualitativen Inhaltsanalyse (Mayring, 2015), ausgewählte
Zitate werden durch Anführungszeichen und Angabe der ID, also „…“ (ID), gekennzeichnet.
Ausgewählte Ergebnisse und Folgerungen für die nächste Befragungsrunde
Quantum Technologies: In der Pilotrunde wurde zunächst zur Begriffsschärfung nach dem
eigenen Verständnis der Teilnehmenden von Quantentechnologien der zweiten Generation
gefragt. Mittels qualitativer Inhaltsanalyse ergaben sich die folgenden drei zentralen Aspek-
te, jeweils mit einem exemplarischen Zitat:
- New technologies: „use quantum mechanics to engineer new systems, devices“ (32)
- Use of single quantum objects: „[…] The challenge for this new generation of quantum
systems is to achieve a suitable level of control, similar to what has been already
demonstrated for individual isolated quantum systems.“ (40)
- Phenomena such as entanglement: „Quantumness as the essential novelty of the result or
application: linear superposition of quantum states, entanglement, and any other unique
quantum property.“ (51)
Diese drei Aspekte werden in der darauf aufbauenden, ersten Hauptrunde den Teilnehmen-
den vorgelegt, die dazu Stellung nehmen und ggf. wichtige Aspekte ergänzen sollen.
Mit sechsstufigen Ratingskalen wurden Einschätzungen/Prognosen erhoben. Dabei wurden
von den großen Technologiebereichen Quantensensoren und Metrologie als besonders rele-
vant eingeschätzt, dicht gefolgt von Quantenkommunikation. Details zu dieser und anderen
Ratingfragen sind in (Gerke et al., 2020) zu finden. Auf die Frage, welcher Technologie das
größte Potential zugeschrieben wird, wurden Quantencomputer allerdings ähnlich häufig ge-
nannt. Für die nächste Befragungsrunde wurde diese Ratingfrage modifiziert, die Techno-
logiebereiche sind nun kurzfristig (5 bis 10 Jahre) und langfristig zu bewerten. Damit sollen
Verschiebungen genauer ermittelt werden. Außerdem werden die Teilnehmenden aufgefor-
dert, für die Bereiche, die sie als sehr wichtig einstufen, eine Begründung der Einschätzung
abzugeben.
Für die künftigen Quantum Workforce Beschäftigten im Bereich der Quantentechnolo-
gien wurden zahlreiche notwendige oder wünschenswerte Kompetenzen oder Ausbildungs-
inhalte genannt, von denen in Abb. 1 eine Auswahl, geordnet in vier Bereiche, dargestellt ist.
Die vier Bereiche ergeben sich aus der qualitativen Inhaltsanalyse. Im ersten Bereich werden
Aussagen zu grundlegenden Phänomenen oder Prinzipien gebündelt. Beispiele sind Ver-
schränkung und Superposition, aber auch der Tunneleffekt oder das No-Cloning-Theorem.
Neben diesen Inhalten (in Abb. 1 fett gedruckt) finden sich schon erste Aspekte von Kompe-
tenzen (in Abb. 1 unterstrichen), ein (grundlegendes) Verständnis der Konzepte wird gefor-
dert. Ähnlich werden im Bereich Mathematik „foundations and principles […]” (37), zum
Physik-Hintergrund die „Perception of the conceptual difference between classical and quan-
tum physics” (34) oder im Anwendungs-Bereich die „Basic ideas on how QT works” (16)
genannt.
Für die Entwicklung eines Competence Frameworks werden allerdings konkrete Kompeten-
zen benötigt. Daher wird Abb. 1 in der nächsten Runde zur Inspiration bereitgestellt. Auf
dieser Basis sollen dann mit vorgegebener Struktur konkrete Anforderungen formuliert
werden: Die Teilnehmenden wählen ein Feld der Quantentechnologien, in dem sie sich
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besonders bewandert fühlen, und nen-
nen für dieses Feld von zukünftigen
Fachkräften zu erwerbende Kompeten-
zen.
Zusätzlich ist zu jeder Kompetenz an-
zugeben, wofür diese konkret benötigt
und welches Expertiselevel erwartet
wird. Dabei ist zwischen den Stufen
Anwendung und Entwicklung zu diffe-
renzieren. Die dreistufige Fragenge-
staltung basiert auf der Delphi-Studie
„Physikalische Bildung“ (Häußler et
al., 1980).
Als Oberbegriff für ein grundlegendes,
phänomenorientiertes Verständnis wur-
de vom Quantum Flagship der Begriff
Quantum Awareness eingeführt. Die-
ser wurde in der Pilotstudie jedoch kri-
tisiert, da er mit Esoterik assoziiert wer-
den kann. In der nächsten Runde wird
daher auch evaluiert, ob ein anderer Be-
griff gewählt werden sollte, alternative
Benennungen werden gesammelt.
Dass Quantum Awareness jedoch ein
wichtiges Thema der künftigen Fach-
kräfteausbildung sein wird, zeigt sich in
der Zustimmung von über 80 % der
Teilnehmenden zu der Aussage, dass es
in 5 bis 10 Jahren Bereiche der Indus-
trie geben werde, in denen Quantum
Awareness von zentraler Relevanz sein
wird.
Die Prognosen aus der Pilotrunde
unterstreichen die Relevanz dieses The-
mas für die künftige Ausbildung von
Quantenfachkräften. Welche konkreten
Kompetenzen für diese aber zentral
sind, muss in den nächsten Befragungs-
runden noch ermittelt werden.
Abb. 1: Überblick über genannte Inhalte und
Kompetenzen, geordnet nach den vier Bereichen
Phänomene/Grundkonzepte, Mathematik, Physik-
Hintergrund und Anwendung.
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Literatur
Gerke, F., Müller, R., Bitzenbauer, P., Ubben, M., & Weber, K.-A. (2020). Quantum Awareness im
Ingenieurwesen: Welche Kompetenzen werden in der Industrie von morgen gebraucht? Erste Ergebnisse
einer Delphi-Studie. PhyDidB – Didaktik der Physik – Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Bonn 2020, S.
437-443.
Häder, M. (2009). Delphi-Befragungen: Ein Arbeitsbuch. VS Verlag für Sozialwissenschaften, GWV
Fachverlage GmbH, Wiesbaden.
Häußler, P., Frey, K., Hoffmann, L., Rost, J. & Spada, H. (1980). Physikalische Bildung: Eine curriculare
Delphi-Studie Teil II. IPN-Arbeitsberichte Nr. 42
Mayring, P. (2015). Qualitative Inhaltsanalyse. Beltz Verlagsgruppe, 69 469 Weinheim. ISBN:
9783407293930.
Robbins, N. & Heiberger, R. (2011). Plotting Likert and other rating scales. In: Proceedings of the 2011 Joint
Statistical Meeting, 1058-1066.
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