Kandidat - Quantum Technologies and Engineering - Aarhus Universitet

Følgende bacheloruddannelser er adgangsgivende:

• Alle danske bachelorgrader i fysik.


• Internationalt anerkendte bachelorgrader i fysik.

Udvælgelsen af kandidater følger EU-retningslinjer inden for Erasmus Mundus-programmet.
Der er ingen “retskravsbachelorer”, da dette er et Erasmus Mundus-program.
Ansøgere skal dokumentere, at de har et tilstrækkeligt højt engelskniveau. Dette skal dokumenteres med en IELTS-test med en minimumscore på 6,5 og minimum 6,0 i hver disciplin. Dette svarer til en TOEFL-test med en score omkring 600 paper-based/250 computer-based/95 internet-based.

Ja, en EU-ansøgning om Erasmus Mundus Master i Quantum Technologies and Engineering (QuanTEEM) er indsendt i samarbejde med:

• University of Burgundy, Dijon, France (Primær EU-ansøger)


• University of Kaiserslautern, Germany


• Moscow Institute of Physics and Technology, Russian Federation

Aarhus Universitet orienterer Styrelsen om afgørelsen på EU-ansøgningen, når en sådan foreligger i løbet af efteråret 2021.

Formålet med QuanTEEM er at gå sammen om at uddanne en ny generation af studerende, som vil tage udfordringen op på et erhvervsområde, hvor kvantemekaniske fænomener udnyttes i den teknologiske udvikling.
Quantum Technology forventes at spille en vigtig rolle i den fremtidige økonomiske udvikling. Dette bekræftes nationalt, internationalt og via talrige finansieringsinitiativer. Intet universitet har samlet ekspertisen for alle områder af Quantum Technology. Derfor vil færdiguddannede kandidater fra QuanTEEM, hvor ekspertisen fra fire universiteter forenes, være særdeles velegnet til at klare denne udfordring.
Alle fire institutioner bidrager med deres særlige ekspertise inden for kvanteteknologi så de studerende får en afstemt og komplet uddannelse og mulighed for at skabe et netværk på tværs af landegrænser.
Uddannelsens kandidater vil være rustet til at løse problemer inden for rammerne af et flerkulturelt miljø. Deres unikke kombination af færdigheder fra uddannelsen i Dijon, Kaiserslautern, Moscow og Aarhus giver dem mulighed for ansættelse ved en lang række af virksomheder, som anvender kvanteteknologier i Danmark (se bilag 7).

Et detaljeret kursusprogram er indsendt i en EU-ansøgning den 17/6-2021.
Vi har skræddersyet vores curriculum til at omfatte alle aspekter af kvanteteknologien (QT) med et bredt spektrum af avancerede kurser med fokus på de fire kvantesøjler: Quantum computation, quantum simulation, quantum information & communication og quantum sensing. Herudover vil være et supplement af andre tværfaglige kurser og seminarer, herunder sociale og samfundsmæssige udfordringer med QT, quantum computing til sundheds- og biovidenskab, quantum computing for finansielle tjenester samt et solidt kommunikationsnetværk.
Programmet er nøje udvalgt med det sigte at tilbyde en både bred og specialiseret viden om kvanteteknologien og dets applikationer, og udarbejdet på baggrund af en behovsanalyse med partnerlaboratorier og private virksomheder (bilag 1). Programmet sigter mod at uddanne studerende på et højt niveau, med kompetencer til (i) at påbegynde et ph.d.-forløb ved både universiteter og i private virksomheder (R&D-afdelinger) overalt i verden, (ii) som direkte rekruttering eller (iii) start-up-initiativer. Programmet sigter mod en grundlæggende læring i sammenspil med avanceret teknologisk laboratoriepraktik i de bedst tilgængelige faciliteter, som konsortiet tilbyder. 
Kursets opbygning er skitseret i bilag 4. Efter et fælles første semester på UBFC med grundlæggende kurser, vil QuanTEEM-studerende blive tilbudt rigelige muligheder for mobilitet, med udgangspunkt i deres individuelle studieplaner. At flytte mellem de fire universiteter er obligatorisk (inklusive sommerkurser), og de studerendes individuelle planer vil blive organiseret i løbet af det første semester. De studerende får mulighed for at specialisere sig inden for to områder, ud over det obligatoriske speciale på 4. semester, som er placeret i konsortiet eller et andet sted i verden, hvis konsortiet anser det for passende.
 
Konsortiets specialiseringer inkluderer:
Specialisering 1: Photonics, nanophotonics, and enabling technologies.
Specialisering 2: 2D quantum materials and nanostructures.
Specialisering 3: Many-body quantum physics.
Specialisering 4: Integrated quantum optics.
Specialisering 5: Platforms for quantum technologies.
 
Specialisering 1,2 og 3 tilbydes på andet semester, mens specialisering 4 og 5 ligger på tredje semester. Specialisering 3 og 5 er mere - dog ikke udelukkende – teoretisk orienteret og indeholder dybere begreber i QT, mens specialisering 1,2 og 4 er mere - dog ikke udelukkende - teknologisk. Mere teoretiske eller mere teknologiske (eller endda kombinerede) specialiseringer kan tilvælges af de studerende i henhold til deres færdigheder og ønsker. Både teoretiske og teknologiske komponenter har vist sig at være nyttige til tværsektorielle applikationer.
 
Undervisningsformerne for vores program inkluderer forelæsninger, selvstudie, seminarer og laboratorieundervisning, i form af supervision af mindre grupper og individuelle forløb.
Hvert forløb bedømmes separat; bedømmelsesmetoderne inkluderer skriftlige eksaminer, mundtlige og skriftlige rapporter om praktisk-/projektarbejde, multiple choice-spørgsmål, mundtlige og grafiske præsentationer af projektarbejdet.

Kompetenceprofil
Formålet med kandidatuddannelsen er at udvikle de studerendes videnskabelige og personlige kompetencer i et internationalt miljø baseret på en forudgående bacheloruddannelse. Dette vil gøre de færdiguddannede kandidater i stand til at

• opnå kvalifikationer, der giver adgang til ansættelse i private virksomheder såvel nationalt som internationalt, hvor der kræves sagkundskab på højt niveau inden for kvanteteknologi.


• erhverve de nødvendige forudsætninger for videre studier, herunder til ph.d.-uddannelse inden for forskningsområder, som er relateret til de vigtigste områder af kvanteteknologi.


• udvikle egne ideer eller virksomhed baseret på det kvanteteknologiske indhold af uddannelsen.

Gennem uddannelsen opnår kandidaten kompetencer inden for følgende overordnede kompetencemål:

• Kandidaten har en T-formet kompetenceprofil kendetegnet ved en bred viden om fysik og en dybdegående viden om kvanteteknologi. Derudover er kandidatens kompetencer yderligere specialiserede inden for metoderne og teorierne på det valgte specialiseringsområde i kvanteteknologi.


• Kandidaten kan vurdere anvendeligheden af teoretiske, eksperimentelle og praktiske metoder til analyse og løsning af fysikfaglige spørgsmål og i særdeleshed inden for kvanteteknologi


• Kandidaten kan selvstændigt planlægge, lede og gennemføre projekter og anvende resultaterne af disse i en faglig relateret beslutningsproces.


• Kandidaten har en solid baggrund inden for iværksætteri og kender de væsentligste trin i produktudvikling.


• Kandidaten kan selvstændigt og kritisk strukturere egen kompetenceudvikling.


• Kandidaten kan formidle og kommunikere faglige spørgsmål og problemstillinger i såvel et videnskabeligt som et alment forum.


• Kandidaten har forståelse for og indsigt i kvantefysikkens sammenhæng med andre fagområder og har kvalificeret viden om fysikkens samspil med det omgivende samfund, herunder med særlig fokus på de strukturelle forandringer der forventes inden for kvanteteknologi.

I EU-ansøgningen er uddannelsens kompetenceprofil specificeret i forhold til læringsmål jf. Dublin-deskriptorerne, se Bilag 8.

The program:
The first semester S1 (September – January) is based on core courses at UBFC. The foundation of the Master programme will be laid. The courses will be conducted in collaboration with the existing international Master on Physics, Photonics and Nanotechnology[1] coordinated by UBFC. To make sure that a joint level is reached by the diverse group of students, 30 ECTS points will be mandatory (including the first part of the winter school in February):

• Advanced quantum theory I (including atomic and molecular physics, introduction to quantum optics, quantum control and optimal control) (4 ECTS)


• Quantum Computation and Information, including laboratory courses (non-linear optics: second-harmonic generation, quantum sensing by diamond magnetometer, photon entanglement, quantum cryptography, quantum computation on IBM Q-network) (4 ECTS)
  Condensed-matter physics (4 ECTS)


• Advanced computational methods, including machine learning (4 ECTS)


• Signal processing (4 ECTS)


• French language and culture (2 ECTS)


• Soft skills (2 ECTS)


• Business & Entrepreneurship (2 ECTS)

Winter school (at UBFC, first half of February) in collaboration with MIPT partner focuses on interdisciplinary courses (4 ECTS) including applications of QT for societal challenges:

• secure communication networks


• big data handling


• quantum machine learning for materials


• quantum sensing for healthcare


• green quantum chemistry

The second semester S2 at UBFC (February – June) offers a specialization in photonics, and nanophotonics, complemented by an introduction to nanotechnology:

• Guided optics (4 ECTS) or nonlinear optical technologies: fundamentals and materials (4 ECTS)


• Laser technology (4 ECTS)


• Optical communications, fiber photonics and networks (4 ECTS)


• Nanophotonics and nanoscale processing (4 ECTS)


• Nanotechnologies (4 ECTS)


• Semester project (10 ECTS)

The second semester S2 at Kaiserslautern (March-July), provides a deeper theoretical understanding and advanced laboratory courses will be offered through the specialization in many-body quantum physics. The courses will be conducted in collaboration with the existing “International Master’s programme on Advanced Quantum Physics”.[2] This will also give the students an opportunity to choose a more theoretical specialization in S2, through the choice of elective courses.

The mandatory courses are:

• Advanced Quantum Mechanics II (8 ECTS)


• Quantum Gases and Quantum Simulations (4 ECTS)


• Quantum Field Theory I+II (8 ECTS)


• German language and culture (2 ECTS)

In addition, 8 ECTS electives can be chosen from the following courses:

• Advanced quantum physics III (quantum gases, superconductivity, quantum field, topological systems)


• Femtosecond science - from concepts to applications

The third semester S3 at Kaiserslautern, still in collaboration with the master programme in advanced quantum physics will propose a specialization in integrated quantum optics

• Quantum optics I+II (8 ECTS)


• Seminar on optical integration, Quantum Sensing and Metrology (3 ECTS)


• Advanced Laboratory course (single photon interference, quantum correlations and communication) (9 ECTS)


• German language and culture (2 ECTS)

In addition, 8 ECTS electives will be chosen.

The third semester S3 at Aarhus University (September – January) is devoted to applications of quantum systems and concepts in future technology with a focus on the diverse platforms (ultracold atoms, trapped ions, cavity quantum electrodynamics, superconducting qubits, complex and hybrid quantum systems).

The mandatory courses are:

• Advanced Atomic, molecular and optical physics II - 10 ECTS


• Engineering of Complex Quantum Systems - 5 ECTS


• Methods of Quantum Technology - 5 ECTS

In addition, 10 ECTS electives can be chosen from the following courses:

• Electronics and Data Acquisition - 10 ECTS


• Advanced Data analysis - 5 ECTS


• General relativity - 5 ECTS


• Surface and Semiconductor-Physics - 10 ECTS


• Magnetic Resonance Physics - 5 ECTS


• Advanced Particle Physics - 10 ECTS

Final summer school (organization alternating between TUK, AU and UBFC, hosting the final exam / master thesis defence) oriented towards industrial applications, such as:

• information technology & computer industy


• quantum for financial services


• molecular simulation for Chemistry/Materials/Energy


• chemical industry applications in quantum computing


• quantum for advanced manufacturing


• quantum & healthcare / life sciences: exploration of new solutions

[1]  https://blog.u-bourgogne.fr/master-ppn/
[2] https://www.physik.uni-kl.de/quantum-master

Uddannelsen er en naturvidenskabelig uddannelse, hvor omkostningerne til uddannelsen vil være de samme som for andre naturvidenskabelige uddannelser, herunder den almindelige kandidat i fysik. Derfor ansøges der om, at uddannelsen tildeles takst 3.

Quantum Technology vil i fremtiden være en vigtig faktor inden for den økonomiske udvikling. Forventningen udspringer delvist af det nyligt lancerede EU Quantum Flagship-initiativ, ligesom danske investeringsfonde indset betydningen og potentialet på området og investerer i det.
Quantum Technology er en væsentlig del af den danske industri, fx hos virksomheder som NKT Photonics og OFA Fiber Solutions (se bilag 7). Antallet af medarbejdere i sektoren forventes at vokse, og specialiserede internationale medarbejdere vil være efterspurgte. Med en Master in Quantum Engineering vil kandidater være godt rustet til at bestride disse stillinger.
Med henblik på afklaring af behovet for uddannelsen, har hele QuanTEEM gennemført en kvantitativ spørgeskemaundersøgelse blandt aftagere og interessenter. Sammenfattende peger tilbagemeldinger på, at uddannelsen opfylder et behov, som eksisterende uddannelser ikke tager højde for.
EU finansierer ca. 20 pladser om året og yderligere studerende (også fra EU) dækker selv deres studiegebyrer. Erfaringer viser, at vi kun kan forvente i alt 20 studerende om året for hele uddannelsen. Heraf forventes 7 studerende at deltage ved AU. Det vurderes, at en del af disse studerende vil fortsætte deres arbejdsliv i Danmark efter endt uddannelse, og på baggrund forventer vi, at ca. 3 færdiguddannede kandidater vil være tilgængelige for det danske arbejdsmarked årligt.
Sprog
Det europæiske Erasmus Mundus-program henvender sig til studerende fra hele verden. EU opfordrer til, at alle kontinenter er repræsenteret blandt de optagne. Uddannelsen gennemføres i de fire involverede lande (Frankrig, Tyskland, Rusland og Danmark). Derfor er det obligatorisk, at kurserne gennemføres på engelsk.

-

Behovsundersøgelsen er baseret på følgende:

1. Spørgeskema rundsendt internationalt (bilag 1)


2. Spørgeskema rundsendt nationalt i Danmark (bilag 2)


3. Analyse af opslåede stillinger for perioden 2020-2021 (bilag 3)


4. Analyse af ledighed (bilag 6)

Den internationale aftagerundersøgelse (bilag 1) viser, at aftagerne anså uddannelsen for meget relevant og ser et klart behov for uddannelsen.
I den danske undersøgelse (bilag 2) angiver 76% af respondenterne, at de på nuværende tidspunkt kan bruge mindst en dimittend årligt – og på sigt flere. Ift. det totale behov svarer 62% af respondenterne at de på nuværende tidspunkt ser et behov for mindst 8 dimittender årligt, og 76%, at der på sigt vil blive behov for mindst 10 dimittender om året.
Derudover viser en gennemgang (bilag 3), at 53 stillingsannoncer fra juli 2020-21 efterspørger kompetencer inden for kvanteteknologi.
En undersøgelse af ledigheden inden for beslægtede uddannelser (bilag 6) viser en ubetydelig ledighed, hvilket også underbygger, at al tilgængelig arbejdskraft på området er udnyttet.
På denne baggrund vurderes det, at 3 kandidater årligt til det danske arbejdsmarked er passende, ligesom området er i vækst.

I forbindelse med den internationale behovsafdækning (bilag 1) var der fokus på relevante aftagere i både små og mellemstore virksomheder. Aftagere fik tilsendt et elektronisk spørgeskema med en uddannelsesbeskrivelse. Den kvantitative spørgeskemaundersøgelse havde dels til hensigt at få estimeret behovet for kommende dimittender og dels at få konkrete input til uddannelsen.
Derudover er gennemført en behovsanalyse på det danske arbejdsmarked. Potentielle arbejdsgivere i Danmark (bilag 7) er kontaktet med et tilsvarende spørgeskema (bilag 2), for at anslå den forventede efterspørgsel på området i de kommende år. Respondenterne har fået indsigt i det planlagte kursusprogram og beskrivelsen af de forventede kvalifikationer. Input fra behovsanalysen og kompetenceprofilen bruges til at finjustere programmet til efterspørgslen i Danmark og de andre deltagerlande.
International undersøgelse
Spørgeskemaet blev besvaret af 51 aftagere fra i alt 23 brancher. Respondenterne påpeger overordnet, at det er unikt, at uddannelsen er internationalt orienteret og har fokus på kvanteteknologier.
National undersøgelse
Spørgeskemaet blev besvaret af 21 aftagere fra i alt 13 brancher.

Undersøgelserne (bilag 1 og 2) gav input ift. hvilke kvalifikationer der efterspørges i branchen. Disse kvalifikationer bliver indarbejdet i kurserne rettet mod Erasmus Mundus-studerende.
Respondenterne pegede på kernekompetencer, der er efterspurgte i erhvervslivet, herunder blev kunstig intelligens, machine learning og entreprenørskab fremhævet som komplementære kompetencer, der bør indgå i uddannelsen. Desuden påpegede respondenterne, at mange brancher i fremtiden forventes at kunne profitere på kvanteteknologi.
For at evaluere behovet for en skræddersyet uddannelse i den internationale undersøgelse blev respondenterne spurgt, hvor stort behovet for en uddannelse på området er for erhvervslivet. Her svarede 61% "meget stærkt", mens ingen svarede ”temmelig svagt" eller ”meget svagt”. Respondenterne blev bedt om at bedømme eksisterende kandidatuddannelsers relevans for kvanteteknologi i fremtiden. Disse blev i vid udstrækning vurderet ”ikke relevante” og hele 68% angav dem som værende ”temmelig irrelevante” (bilag 1).
Der nedsættes et eksternt internationalt advisory board for at kvalitetssikre uddannelsen årligt, herunder for at uddannelsen understøtter de efterspurgte kompetencer.

Uddannelsen vil give en klar forståelse af kvanteteknikkens nuværende betydning og teknologiske fremskridt. Denne forståelse opnås ved at kombinere grundlæggende kurser og valgfag på de deltagende universiteter på en endnu uset, men optimal måde. Dette vil føre til en stærkere målretning ift. den faglige profil, da den sædvanlige mulighed for valgfrihed i kurser på fx AU begrænses. Der opnås altså en mere målrettet kandidatgrad, der samtidig indeholder de grundlæggende kurser, som er obligatoriske for en kandidatgrad i Fysik på alle danske universiteter.
Eksisterende nationale og beslægtede internationale kandidatuddannelser (bilag 5) tilbyder en bred vifte af valgmuligheder, men dækker ikke alle relevante aspekter inden for kvanteteknologien på et tilstrækkeligt avanceret niveau. Samtidig er nogle af de internationale kandidatuddannelser betydeligt mere specialiserede på specifikke områder uden de grundlæggende kurser. Således er QuanTEEM unik i sin sammensætning af den ekspertise, hvormed kvanteteknologien bliver dækket.
De foreslåede nye elementer i uddannelsen opnås hovedsageligt gennem en kombination af eksisterende kurser og via ekspertise på de deltagende universiteter.

-

Erasmus Mundus-programmet er internationalt anerkendt, og det er et centralt rekrutteringsinitiativ på EU-niveau. Desuden inkluderer programmet fuld støtte for et begrænset antal studerende (ca. 20 årligt). Studerende derudover har mulighed for at deltage med egen finansiering. Af samme grund har de igangværende Erasmus Mundus-programmer på AU de sidste år modtaget et stort antal internationale ansøgninger. Baseret på denne erfaring forventer vi at modtage over 300 ansøgninger om året, hvilket giver mulighed for en streng udvælgelsesproces.
Erfaringerne med Erasmus Mundus-programmer på AU viser også, at ansøgerne kommer fra hele verden, tiltrukket af den høje standard som Erasmus Mundus-programmet tilbyder. Med det forholdsvis lille optag forventes det ikke, at kurset får indflydelse på rekrutteringen til andre kandidatuddannelser i Fysik i Danmark.

Der vil være mulighed for videreuddannelse på området ved at tage en ph.d. i en af forskningsgrupperne, som har fokus på quantum engineering.

Vi forventer 20 studerende årligt fra hele verden. Disse finansieres af EU og registreres ved University Bourgogne Franche-Comté. Vi forventer at ca. 7 studerende årligt vil deltage i kurserne på AU.