Квантовото бъдеще на образованието…
Квантовите компютри са бъдещето и училищата трябва да наваксат. Най-добрите университети най-накрая внасят вълнението от квантовото бъдеще в класната стая
Впрегнатата сила на субатомния свят може скоро да преобърне съвременната компютърна индустрия. Квантовите компютри са навсякъде в новините. Не само, но и фундаменталната работа върху теорията, която ги е породила, дори спечели миналата година Нобелова награда.
Но, единственото място, където може да не чуете за тях, е класната стая по физика… И ако имаме някаква надежда да създадем технологично грамотно население и да развием работна сила за тази нововъзникваща област, това трябва да се промени.
Какво е квантов компютър?
Какво е квантов компютър и защо е различен? Компютъра, който стои на бюрото ви, кодира думи или числа като колекции от 1 и 0, наречени „битове“. Квантовите компютри разчитат на квантови битове. Те се наричат още и „кюбити“ и са по скоро като “игра на зарове” (за голямо огорчение на Айнщайн).
За разлика от битовете, кюбитите присвояват теглото на своите 1s и 0s, по-скоро както бихте приспособили заредени зарове. Това означава, че има вероятност, свързана с измерването на което и да е число. Липсва им определена стойност, вместо това въплъщават част от двете състояния, докато не ги измерите.
Квантовите алгоритми работят върху тези кюбити и теоретично извършват изчисления чрез хвърляне на тези заредени зарове. Така причинявайки техните вероятности да се намесват и увеличават шансовете им за намиране на идеалното решение. Най-голямата надежда е, че математически операции като факторизиране на огромни числа, чието изпълнение сега ще отнеме на компютъра милиарди години, на квантов компютър ще стигнат няколко дни.
Изчисление без граници
Този нов начин на изчисление може да разбие трудни проблеми, които са недостъпни за класическите процесори, отваряйки нови граници навсякъде. От откриването на лекарства до изкуствения интелект. Но, вместо да излагат учениците на квантови явления, повечето учебни програми по физика днес са проектирани да започват с азбуката на физиката. Занитващи теми като струни на макари и наклонени равнини – и докато учениците със сигурност трябва да знаят основите (има място за Нютон и Максуел до тях котката на Шрьодингер), трябва да отделят време за свързване на това, което учат, с най-съвременните технологии.
Това има значение, защото квантовите изчисления вече не са научен експеримент. Технологични демонстрации от IBM, Google и други играчи в индустрията доказват, че полезното квантово изчисление е на хоризонта. Предлагането на квантови работници обаче остава доста малко.
Липса на квалифицирани кандидати
Доклад на McKinsey за 2021 г. прогнозира сериозен недостиг на таланти – като броят на отворените работни места превишава броя на квалифицираните кандидати с около 3 към 1. Този доклад също изчислява, че резервът от квантов талант в САЩ ще изостане далеч от Китай и Европа. Китай обяви най-голямото публично финансиране до момента от която и да е страна. То е с два пъти по-голямо от инвестициите на правителствата на Европейския съюз – 15,3 милиарда долара в сравнение със 7,2 милиарда долара,
За щастие нещата започват да се променят. Университетите вече излагат студентите на курсовете по квантова механика, от които някога се страхуваха. Студентите също учат чрез по-малко традиционни средства, като YouTube канали или онлайн курсове, и търсят общности с отворен код, за да започнат своите квантови пътешествия. И е крайно време, тъй като търсенето рязко нараства за опитни в квантовата област учени, разработчици на софтуер и дори бизнес специалности, които да попълнят набор от научни таланти.
Квантово обучение в университетите
Някои университети предлагат не-докторантски степени по програми в квантовите компютри. През последните години Уисконсин и Калифорнийският университет в Лос Анджелис приветстваха встъпителните класове на студенти от магистърска степен по квантова информация в интензивни целогодишни програми. U.C.L.A. в крайна сметка доведе до много по-голяма кохорта от очакваното от университета, демонстрирайки търсене на студенти. Университетът в Питсбърг възприе различен подход, стартирайки нова специалност за бакалавърска степен, съчетаваща физика и традиционни компютърни науки, отговаряйки на необходимостта от четиригодишна програма, която подготвя студентите или за работа, или за повече образование.
Професорите започват да включват практически уроци, фокусирани върху приложението, в своите квантови учебни програми. Университети по света започват да преподават курсове, използвайки Qiskit, Cirq и други рамки за квантово програмиране с отворен код. Те позволяват на техните студенти да експериментират върху реални квантови компютри чрез облак.
Под въпрос?
Някои поставят под въпрос тази инициатива. Скептици питат добра идея ли е да се обучава ново поколение студенти в технология, която не е напълно реализирана? Или какво наистина може да се спечели, като се опитваме да преподаваме квантова физика на ученици, които още са толкова млади?
Това са разумни въпроси, но: Quantum е повече от просто технология; това е област на обучение, която обхваща химия, биология, инженерство и други. Квантовото образование е ценно отвъд просто изчисленията. И ако квантовото изчисление успее, тогава ще бъде много по-добре, ако повече хора го разберат.
Квантовата технология е бъдещето. Това казва Чарлз Тахан, директор на Националния офис за квантова координация. Не всички от тези студенти ще се озоват директно в квантовата индустрия в крайна сметка и това е за добро. Те могат да работят в сродна научна или инженерна област, като оптични влакна или киберсигурност, които ще се възползват от познанията им за квантовата теория, или в бизнеса, където могат да вземат по-добри решения въз основа на разбирането си за технологията.
Квантът преобръща нашето възприятие за реалността
Квантът преобръща нашето възприятие за реалността. Той привлича хората и ги задържа там, както популярността на НАСА и кацането на Луната направиха с астрофизиката.
За тези училища, които се адаптират към настъпващата квантова ера, основното послание е просто: не подценявайте учениците си. Някои може да чуят думата квант и да потръпнат, страхувайки се, че е извън тяхното разбиране. Как можем да очакваме младите ученици да се занимават с този предмет, когато го пазим зад гърба си с години и преподаване на ролки и плъзгащи се блокове? Университетите трябва да започнат да въвеждат квантова информация много по-рано в учебната програма, а училищата K-12 не трябва да се отклоняват от въвеждането на някои основни квантови концепции в ранна възраст. Ако се забавим дори малко, всички ние ще загубим огромните ползи, които квантовата технология може да донесе на нашата икономика, технологии и бъдещи индустрии.
