Die Quanteninformationswissenschaft nutzt die Physik, die die kleinsten Teilchen – wie Elektronen oder Photonen – beschreibt, um möglicherweise die Computertechnik und verwandte Technologien zu revolutionieren. Dieses neue Feld kann für eine breite Palette von Anwendungen genutzt werden, von der Entwicklung neue Geräte Zu Datenverschlüsselung.
Da die potenziellen Anwendungen der Quanteninformationswissenschaft immer näher an die Realität heranrücken, werden die Lehrveranstaltungen zur Quanteninformationswissenschaft an Universitäten und weiterführenden Schulen in rasantem Tempo ausgebaut.
Wir sind eine Gruppe von Physikdidaktikern, die Schülerleistungen im Fach Physik und wie Quanteninformationswissenschaft wird gelehrt Und gelernt.
Derzeit prüfen wir Quanteninformationswissenschaft Bildung. Eine Frage, die wir stellen: Wer hat Zugang zu einer Ausbildung in Quanteninformationswissenschaft? Und damit verbunden: Welchen Einfluss könnte dies darauf haben, wer sich auf diesem Gebiet engagiert?
Neue Kurse, die den Studierenden die Grundlagen der Quanteninformationswissenschaft näherbringen, werden entwickelt bei Schulen im ganzen Land von der High School bis zum Abitur. Zum Beispiel die Zentrum für Quantensysteme durch verschränkte Wissenschaft und Technik in Colorado. Es ist jedoch nicht bekannt, ob diese neuen Programme für alle gleichermaßen zugänglich sind.
Ungleichheiten im Hochschulwesen
Es ist bekannt, dass nicht jeder das Privileg hat, ein College oder eine Universität zu besuchen. Ungleichheiten beim Zugang zu Ressourcen wie gut finanzierte Bildung auf K-12-Ebene, finanzielle Unterstützung durch die Familie und Menschen in ihrem Leben, die ihnen helfen können, diesen komplexen Prozess zu bewältigen. Diese Ungleichheiten sind in den wissenschaftlichen Bereichen noch größer, in denen Mentoring und Vorbereitungslücken kann Studierende davon abhalten, jemals eine wissenschaftliche Karriere anzustreben, und benachteiligt Studenten, die es versuchen.
So ist beispielsweise die Einführung in die Physik für die meisten naturwissenschaftlichen Studiengänge an der Universität Pflicht und ist bekannt dafür, anspruchsvoll, schnelllebig und mit einem hohen Maß an Mathematik verbunden zu sein. Schüler mit weniger als hervorragenden Mathekenntnissen in der High School oder die erste Generation Für College-Studenten können diese Kurse überwältigend sein und sie haben möglicherweise niemanden, an den sie sich um Hilfe wenden können.
Im neuen Bereich der Quanteninformationswissenschaft haben Wissenschaftler und Pädagogen jedoch jetzt die einmalige Gelegenheit, sich von Anfang an mit der Chancengleichheit zu befassen. Wenn die Bildung in diesem Bereich alle Schüler erreichen kann, besteht die Chance, einige der systemischen Ungleichheiten zu beseitigen, die derzeit unsere Bildungssysteme plagen.
Landesweite Ausbildung in der Quanteninformationswissenschaft
Wir haben untersucht, ob Studierende aller Herkunft in den USA den gleichen Zugang zu einer Ausbildung in Quanteninformationswissenschaften haben. Dazu haben wir Informationen über die Verteilung von Quanteninformationen Lehrveranstaltungen an 456 Hochschulen (Stand Herbst 2022).
Unser Ziel war es herauszufinden, ob die Art der Einrichtung, die Finanzierungsquellen und der geografische Standort mit der Wahrscheinlichkeit zusammenhängen, dass diese Einrichtung Kurse in Quanteninformationswissenschaft anbietet. Wir fanden heraus, dass diese Kurse eher an großen, privaten Universitäten mit einem bedeutender Forschungsschwerpunkt und befinden sich in stark urbanisierten Staaten – wie zum Beispiel Colorado. Im Allgemeinen sind diese großen, forschungsorientierten Universitäten in der Regel recht teuer, wenn man ein vierjähriges Studium absolviert, das oft für die Quantenforschung oder -entwicklung erforderlich ist.
Darüber hinaus erfordert der Besuch einer städtischen Schule von ländlichen Schülern, ihre Häuser verlassenmüssen weite Strecken zurücklegen und sich an deutlich steigende Lebenshaltungskosten anpassen. Zusammengenommen lässt dies darauf schließen, dass bestehende Kurse und Programme zur Quanteninformationswissenschaft weniger wahrscheinlich Studenten mit niedrigem Einkommen und aus ländlichen Gebieten erreichen.
Manche glauben vielleicht, dass es selbstverständlich ist, diese hochmodernen Kurse an großen, wohlhabenden Institutionen zu finden, bevor sie an kleineren Institutionen und solchen mit weniger Ressourcen angeboten werden. Solange diese Programme jedoch weiterhin nur ausgewählten Studenten zugänglich sind, besteht die Gefahr, ein System aufrechtzuerhalten, in dem die Vorteile eines naturwissenschaftlichen Abschlusses – wie der Zugang zu einem gut bezahlten, sicheren Arbeitsmarkt – nicht gleichmäßig verteilt über soziale und wirtschaftliche Gruppen hinweg.
Darüber hinaus bringen neue Technologien zwar viele Vorteile mit sich, bringen aber oft auch unerwartete Schäden. Ohne die Beteiligung von Menschen aller Herkunft könnten solche Schäden bestimmte Gruppen stärker treffen als andere.
Empfehlungen für eine gerechte Quantenbildung
Wir hoffen, dass unsere Studie politische Entscheidungsträger, Pädagogen und Forscher dazu veranlasst, die Zugänglichkeit ihrer Bemühungen im Bereich der Quanteninformationswissenschaft zu bewerten.
Basierend auf unseren Erkenntnissen empfehlen wir gezielte Investitionen in den Aufbau von Bildungs- und Forschungsprogrammen für Quanteninformationswissenschaften an überwiegend grundständigen und ländlichen Einrichtungen. Solche Bemühungen können auf dem Erfolg bestehender Programme aufbauen, die auf die Quantenbildung an Einrichtungen abzielen, die Minderheiten bedienen, wie z. B. die IBM-Historisch schwarze Colleges und Universitäten Quantum Center.
Investitionen in die ländliche Bildung könnten eine vielversprechende Möglichkeit sein, die auf überparteiliche Unterstützung stoßen könnte.
Wir fordern das National Center for Education Statistics und ähnliche Organisationen außerdem auf, umfassendere Daten über die Einschreibung von Studenten in Studiengängen und Zertifikatsprogrammen der Quanteninformationswissenschaft zu sammeln und zu veröffentlichen. Dies gibt den politischen Entscheidungsträgern die Informationen, die sie benötigen, um sicherzustellen, dass die Vorteile der Quanteninformationswissenschaft alle Teile des Landes erreichen.
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