Ciencia

La computación cuántica es el futuro y las escuelas deben ponerse al día

El poder aprovechado del mundo subatómico pronto podría dar un vuelco a la industria informática moderna. Las computadoras cuánticas están en todas las noticias, y el trabajo fundamental sobre la teoría que les dio origen incluso ganó el Premio Nobel el año pasado.

Pero el único lugar donde quizás no escuches sobre ellos es dentro de un salón de clases de física. Y si tenemos alguna esperanza de crear una población alfabetizada en tecnología y desarrollar una fuerza laboral para este campo emergente, eso debe cambiar.

¿Qué es una computadora cuántica? A diferencia de la computadora que está en su escritorio, que codifica palabras o números como conjuntos de 1 y 0 llamados «bits», las computadoras cuánticas se basan en bits cuánticos o «qubits», que son más, bueno, arriesgados (mucho para El disgusto de Einstein). A diferencia de los bits, los qubits asignan pesos a sus 1 y 0, de forma más parecida a cómo adaptaría los dados cargados, lo que significa que hay una probabilidad asociada con la medición de cualquiera de los números. Carecen de un valor definido, en cambio incorporan un poco de ambos estados hasta que los mides. Los algoritmos cuánticos se ejecutan en estos qubits y, en teoría, realizan cálculos lanzando estos dados cargados, lo que hace que sus probabilidades interfieran y aumenten sus posibilidades de encontrar la solución ideal. La última esperanza es que las operaciones matemáticas, como la factorización de números gigantescos, que ahora le tomaría a una computadora miles de millones de años, solo tomarían unos pocos días en una computadora cuántica.

Esta nueva forma de computación podría resolver problemas difíciles que están fuera del alcance de los procesadores clásicos, abriendo nuevas fronteras en todas partes, desde el descubrimiento de fármacos hasta la inteligencia artificial. Pero en lugar de exponer a los estudiantes a los fenómenos cuánticos, la mayoría de los currículos de física de hoy en día están diseñados para comenzar con el ABC de la física (temas fascinantes como cuerdas en poleas y planos inclinados) y aunque los estudiantes ciertamente necesitan conocer los conceptos básicos (hay espacio para Newton y Maxwell junto con el gato de Schrödinger), debe dedicarse tiempo a conectar lo que están aprendiendo con la tecnología más avanzada.

Eso importa porque la computación cuántica es ya no es un experimento científico. Demostraciones de tecnología de IBM (mi empleador), Google y otros actores de la industria demuestran que la computación cuántica útil está en el horizonte. Sin embargo, la oferta de trabajadores cuánticos sigue siendo bastante pequeña. Un McKinsey 2021 informe predice gran escasez de talento—con el número de trabajos abiertos superando el número de solicitantes calificados en aproximadamente 3 a 1—hasta al menos el final de la década sin arreglos. Ese informe también estima que el grupo de talentos cuánticos en los EE. UU. quedará muy por detrás de China y Europa. China ha anunciado la mayor financiación pública hasta la fecha de cualquier país, más del doble de las inversiones de los gobiernos de la UE, $ 15,3 mil millones en comparación con $ 7,2 mil millones, y ocho veces más que las inversiones del gobierno de EE.UU..

Afortunadamente, las cosas están empezando a cambiar. Las universidades están exponiendo antes a los estudiantes a cursos de mecánica cuántica que alguna vez fueron temidos. Los estudiantes también están aprendiendo a través de medios menos tradicionales, como canales de youtube o cursos onliney buscando comunidades de código abierto para comenzar sus viajes cuánticos. Y ya era hora, como la demanda se dispara para científicos expertos en tecnología cuántica, desarrolladores de software e incluso estudiantes de negocios para llenar un canal de talento científico. No podemos seguir esperando seis o más años para que cada uno de esos estudiantes reciba un doctorado, que es la norma en este campo en este momento.

Las escuelas finalmente están respondiendo a esta necesidad. Algunas universidades están ofreciendo no-Ph.D. programas en computación cuántica, por ejemplo. En los últimos años, Wisconsin y la Universidad de California, Los Ángeles, han dado la bienvenida a clases inaugurales de estudiantes de maestría en información cuántica en programas intensivos de un año. UCLA terminó trayendo una cohorte mucho más grande de lo que la universidad anticipó, demostrando la demanda de los estudiantes. La Universidad de Pittsburgh ha adoptado un enfoque diferente, lanzando una nueva licenciatura combinando la física y la informática tradicional, respondiendo a la necesidad de un programa de cuatro años que prepare a los estudiantes para el empleo o para una mayor educación. Además, Ohio se convirtió recientemente en el primer estado en agregar tecnología cuántica capacitación a su plan de estudios de ciencias K-12.

Y finalmente, los profesores están comenzando a incorporar lecciones prácticas y enfocadas en aplicaciones en sus planes de estudios cuánticos. Las universidades de todo el mundo están comenzando a impartir cursos utilizando Qiskit, Cirq y otros marcos de programación cuántica de código abierto que permiten a sus estudiantes experimentar en computadoras cuánticas reales a través de la nube.

Alguno cuestionar esta iniciativa. Escuché a los escépticos preguntar: ¿es una buena idea capacitar a una nueva generación de estudiantes en una tecnología que no está completamente desarrollada? ¿O qué se puede ganar realmente al tratar de enseñar física cuántica a estudiantes tan jóvenes?

Estas son preguntas razonables, pero considere: Quantum es más que solo una tecnología; es un campo de estudio que sustenta la química, la biología, la ingeniería y más; la educación cuántica es valiosa más allá de la informática. Y si la computación cuántica funciona, lo que creo que sucederá, entonces estaremos mucho mejor si más personas la entienden.

La tecnología cuántica es el futuro y la educación en computación cuántica es Educación STEM, como me dijo una vez Charles Tahan, director de la Oficina Nacional de Coordinación Cuántica. No todos estos estudiantes terminarán directamente en la industria cuántica al final, y eso es todo para bien. Podrían trabajar en un campo relacionado con la ciencia o la ingeniería, como la fibra óptica o la ciberseguridad, que se beneficiarían de su conocimiento de la tecnología cuántica, o en negocios donde pueden tomar mejores decisiones en función de su comprensión de la tecnología.

En mi trabajo, hablo sobre tecnologías cuánticas a los estudiantes todos los días. Y he aprendido que, sobre todo, tienen hambre de aprender. Quantum anula nuestra percepción de la realidad. Atrae a la gente y la mantiene allí, como lo hizo la popularidad de la NASA y el alunizaje con la astrofísica. Debemos apoyarnos en lo que capta la atención de los estudiantes y dar forma a nuestros programas y currículos para satisfacer estos deseos.

Para aquellas escuelas que se adaptan a la era cuántica emergente, el mensaje central es simple: no subestimes a tus estudiantes. Algunos pueden escuchar la palabra cuántica y estremecerse, temiendo que esté más allá de su comprensión. Pero he conocido a estudiantes de secundaria y preparatoria que captan los conceptos con facilidad. ¿Cómo podemos esperar que los jóvenes estudiantes sigan este tema cuando lo mantenemos detrás de años de poleas y bloques deslizantes? Las universidades deberían comenzar a introducir información cuántica mucho antes en el plan de estudios, y las escuelas K-12 no deberían rehuir la introducción de algunos conceptos cuánticos básicos a una edad temprana. No debemos subestimar a los estudiantes, sino que debemos confiar en ellos para que nos digan lo que quieren aprender, para su beneficio y para toda la ciencia. Si arrastramos los pies aunque sea un poco, todos corremos el riesgo de perder los inmensos beneficios que la cuántica podría aportar a nuestra economía, tecnología e industrias futuras.

Este es un artículo de opinión y análisis, y las opiniones expresadas por el autor o autores no son necesariamente las de Científico americano.

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