Kuantum Bilişim Gelecek ve Okulların Gelişmesi Gerekiyor

Atom altı dünyanın dizginlenmiş gücü, yakında modern bilgi işlem endüstrisini alt üst edebilir. Kuantum bilgisayarları her yerde haberlerde ve onlara yol açan teori üzerindeki temel çalışma, geçen yılın Nobel Ödülü’nü bile kazandı.

Ancak onlar hakkında bir şey duymayabileceğiniz tek yer fizik sınıfının içidir. Ve teknoloji okuryazarı bir nüfus yaratma ve gelişmekte olan bu alan için bir iş gücü geliştirme umudumuz varsa, bunun değişmesi gerekiyor.

Kuantum bilgisayar nedir? Masanızın üzerinde oturan ve sözcükleri veya sayıları “bit” adı verilen 1’ler ve 0’lar olarak kodlayan bilgisayarın aksine, kuantum bilgisayarlar kuantum bitlerine veya “kübitlere” dayanır; Einstein’ın hüznü). Bitlerden farklı olarak, kübitler 1’lere ve 0’lara ağırlık atar, daha çok yüklü zarları nasıl uyarlayacağınıza benzer, bu da her iki sayıyı ölçmekle ilişkili bir olasılık olduğu anlamına gelir. Kesin bir değerden yoksundurlar, bunun yerine siz ölçene kadar her iki durumdan da biraz içerirler. Kuantum algoritmaları bu kübitler üzerinde çalışır ve teorik olarak bu yüklü zarları atarak hesaplamalar yapar, olasılıklarının karışmasına neden olur ve ideal çözümü bulma olasılıklarını artırır. Nihai umut, artık bir bilgisayarın gerçekleştirmesi milyarlarca yıl alacak olan devasa sayıları çarpanlara ayırma gibi matematik işlemlerinin, bir kuantum bilgisayarda yalnızca birkaç gün sürmesidir.

Bu yeni bilgi işlem yöntemi, klasik işlemcilerin erişemeyeceği zorlu sorunları çözebilir ve ilaç keşfinden yapay zekaya kadar her yerde yeni ufuklar açabilir. Ancak günümüzde çoğu fizik müfredatı, öğrencileri kuantum fenomeniyle tanıştırmak yerine, fizik ABC’leriyle başlayacak şekilde tasarlanmıştır – makaralardaki sicimler ve eğik düzlemler gibi sürükleyici konular – ve öğrencilerin kesinlikle temel bilgileri bilmesi gerekir (Newton ve Maxwell’in yanında Newton ve Maxwell’e de yer vardır). Schrödinger’in kedisi), öğrendiklerini en son teknolojiye bağlamak için zaman harcanmalı.

Bu önemli çünkü kuantum hesaplama artık bir bilim deneyi değil. IBM’den (işverenim) teknoloji gösterileri, Google ve diğer endüstri oyuncuları, yararlı kuantum hesaplamanın ufukta olduğunu kanıtlıyor. Bununla birlikte, kuantum işçilerinin arzı oldukça küçük olmaya devam ediyor. 2021 McKinsey rapor tahmin ediyor büyük yetenek eksiklikleri– açık işlerin sayısı, nitelikli başvuranların sayısını yaklaşık 3’e 1 oranında aşarak – en azından on yılın sonuna kadar düzeltmeler olmadan. Bu rapor aynı zamanda ABD’deki kuantum yetenek havuzunun Çin ve Avrupa’nın çok gerisinde kalacağını tahmin ediyor. Çin, bugüne kadar herhangi bir ülkenin en fazla kamu finansmanını açıkladı, AB hükümetlerinin yatırımlarının iki katından fazla, 7,2 milyar dolara kıyasla 15,3 milyar dolar ve sekiz kat daha fazla ABD hükümet yatırımlarından daha.

Çok şükür, işler değişmeye başlıyor. Üniversiteler, öğrencileri bir zamanlar korkulan kuantum mekaniği derslerine daha erken maruz bırakıyor. Öğrenciler aynı zamanda daha az geleneksel yöntemlerle de öğreniyor. YouTube kanalları veya çevrimiçi kurslarve aranıyor açık kaynak toplulukları kuantum yolculuklarına başlamak için. Ve zamanı geldi, çünkü talep hızla artıyor kuantumdan anlayan bilim adamları, yazılım geliştiriciler ve hatta işletme ana dallarının doldurması için bilimsel yetenek boru hattı. Bu öğrencilerin her birinin, şu anda bu alanda norm olan bir doktora derecesi alması için altı yıl veya daha fazla bekleyemeyiz.

Okullar nihayet yanıt veriyor bu ihtiyaca Bazı üniversiteler doktora dışı programlar sunmaktadır. Örneğin, kuantum hesaplamadaki programlar. Wisconsin’de son yıllarda ve California Üniversitesi, Los Angeles, kuantum bilgisi yüksek lisans derecesi öğrencilerinin açılış sınıflarını bir yıl süren yoğun programlara davet etti. UCLA getirdi çok daha büyük bir kohort üniversitenin beklediğinden daha fazla, öğrenci talebini gösteriyor. Pittsburgh Üniversitesi farklı bir yaklaşım benimsedi. yeni bir lisans bölümü fizik ve geleneksel bilgisayar bilimini birleştirerek, öğrencileri istihdama veya daha fazla eğitime hazırlayan dört yıllık bir programa olan ihtiyacı karşılar. Ek olarak, Ohio kısa süre önce kuantum ekleyen ilk eyalet oldu. K-12 bilim müfredatına eğitim.

Ve son olarak, profesörler uygulamalı, uygulama odaklı dersleri kuantum müfredatlarına dahil etmeye başlıyor. Dünyanın dört bir yanındaki üniversiteler, öğrencilerinin bulut aracılığıyla gerçek kuantum bilgisayarlar üzerinde deney yapmalarına olanak tanıyan Qiskit, Cirq ve diğer açık kaynaklı kuantum programlama çerçevelerini kullanarak dersler vermeye başlıyor.

Bazı bu girişimi sorgula. Şüphecilerin, tam olarak gerçekleştirilmemiş bir teknolojide yeni nesil öğrenciler yetiştirmek iyi bir fikir mi diye sorduklarını duydum. Ya da bu kadar genç öğrencilere kuantum fiziğini öğretmeye çalışarak gerçekten ne kazanılabilir?

Bunlar makul sorular ama şunları da göz önünde bulundurun: Kuantum bir teknolojiden daha fazlasıdır; kimya, biyoloji, mühendislik ve daha fazlasını destekleyen bir çalışma alanıdır; kuantum eğitimi, yalnızca bilgi işlemin ötesinde değerlidir. Ve eğer kuantum hesaplama başarılı olursa -ki bence öyle olacak- o zaman daha fazla insan bunu anlarsa çok daha iyi durumda olacağız.

Kuantum teknolojisi gelecek ve kuantum bilişim eğitimi dır-dir STEM eğitimi, Ulusal Kuantum Koordinasyon Ofisi direktörü Charles Tahan’ın bir keresinde bana söylediği gibi. Bu öğrencilerin hepsi sonunda doğrudan kuantum endüstrisine girmeyecek ve hepsi bu kadar iyi. Kuantum bilgilerinden yararlanabilecek fiber optik veya siber güvenlik gibi ilgili bir bilim veya mühendislik alanında veya teknoloji anlayışlarına dayalı olarak daha iyi kararlar alabilecekleri bir işte çalışabilirler.

İşimde, öğrencilere her gün kuantum teknolojilerinden bahsediyorum. Ve her şeyden önce öğrenmeye aç olduklarını öğrendim. Kuantum, gerçeklik algımızı alt üst eder. NASA’nın popülaritesi ve aya inişin astrofizik için yaptığı gibi, insanları kendine çekiyor ve orada tutuyor. Öğrencilerin dikkatini çeken şeylere yönelmeli ve programlarımızı ve müfredatımızı bu arzuları karşılayacak şekilde şekillendirmeliyiz.

Gelişmekte olan kuantum çağına uyum sağlayan okullar için temel mesaj basit: öğrencilerinizi hafife almayın. Bazıları kuantum kelimesini duyabilir ve kavrayışlarının ötesinde olduğundan korkarak ürperebilir. Ama kavramları kolaylıkla kavrayan lise ve ortaokul öğrencileriyle tanıştım. Yıllarca makaralar ve kayar bloklarla dolu bir kapıyı kilitlerken, genç öğrencilerin bu konuyu takip etmelerini nasıl bekleyebiliriz? Üniversiteler müfredatta kuantum bilgisini çok daha erken tanıtmaya başlamalı ve K-12 okulları bazı temel kuantum kavramlarını erken yaşta tanıtmaktan çekinmemelidir. Öğrencileri hafife almamalıyız, bunun yerine, onların yararına ve tüm bilim için bize ne öğrenmek istediklerini söyleyeceklerine güvenmeliyiz. Ayaklarımızı birazcık bile olsa sürüklersek, kuantumun ekonomimize, teknolojimize ve geleceğin endüstrilerine getirebileceği muazzam faydaları hepimiz kaybederiz.

Bu bir görüş ve analiz yazısıdır ve yazar veya yazarlar tarafından ifade edilen görüşler mutlaka o kişiye ait değildir. Bilimsel amerikalı.