Kvantové počítače, kvantové informace a kvantové technologie nesporně mají svá nejlepší léta ještě hodně před sebou. To znamená, že v budoucnu bude také potřeba spousta specialistů na různé kvantové obory a ty je potřeba vychovat. A nejlépe je začít studenty seznamovat s kvantovými technologiemi již od střední školy. Za účelem definovat základní koncepty pro kvantové vzdělávání proběhl ve Spojených státech workshop, jehož výsledky vám nyní přinášíme.

Kvantové technologie, počítače či kvantová informatika obecně je stále v plenkách a stále je to dominantou akademického výzkumu. Ale i to se poslední roky rychle mění a vzniká spoustu startupových společností. S rozvojem kvantové informatiky a jejích všech možných uplatnění budeme potřebovat více a více specialistů.

Budeme potřebovat kvantové programátory, analytiky, experty na návrh a výrobu kvantových bitů, kvantových detektorů, manažery, kteří budou vést různé kvantové týmy, výzkumníky, kteří budou přicházet s novými uplatněními a technologiemi. A v neposlední řadě budeme potřebovat lidi, kteří budou pracovat na interface mezi klasickými a kvantovými systémy. Všeho všudy potřebovat tisíce a desetitisíce lidí. A jestliže je dnes ve světě obecně nedostatek klasických IT odborníků, tak v případě kvantových odborníků to bude ještě složitější.

Jedna věc, kterou tito lidé budou mít společné je znalost kvantové informatiky, nebo alespoň jejích základů. Dnes již existuje na řadě univerzit různé kvantové obory a ty se rozšiřují. Vzhledem k očekávaným obrovským dopadům kvantových technologií je otázkou, jestli by základní znalost kvantové informatiky neměla být i součástí středoškolského vzdělávání.

Za tímto účelem v březnu ve Spojených státech proběhl worskohop s titulem „Klíčové koncepty pro budoucí studenty kvantové informatiky“ (Key Concepts for Future Quantum Information Science Learners), na který byli pozváni významní výzkumníci a profesoři z univerzit i soukromých společností.

Cílem bylo identifikovat vzdělávací koncepty, které se spolu s dalšími podpůrnými materiály pomůžou připravit středoškolské studenty pro studium kvantové informatiky. Účastníci se nakonec shodli na devíti základních bodech. Ty by neměli být úvodním průvodcem do opravdové kvantové informatiky, ale spíše by měli poskytnout základní rámec znalostí, od kterých se pak studenti mohou odpoutat při dalším studiu.

Jednotlivé koncepty jsou následující:

1. Kvantová informatika využívá kvantové principy ke způsobu, jak jsou kvantové informace získávány, kódovány, manipulovány a využity. Kvantové informatika zahrnuje kvantové počítače, kvantové komunikace, kvantové snímání a další technologie.
2. Kvantový stav je matematická reprezentace fyzikálního systému, jako je atom a poskytuje základ pro zpracování kvantové informace.
3. Nejrůznější kvantové aplikace jsou navrhovány k maximálně opatrné manipulaci s křehkým kvantovým systémem za účelem vyšší šance, že konečné kvantové měření poskytne správný výsledek.
4. Kvantový bit, či qubit, je fundamentální jednotkou kvantové informace, která je zakódována do fyzikálního systému formou polarizace stavu světla, energetického stavu atomu či orientace spinu elektronu.
5. Kvantové provázání je unikátní relace mezi dvěma či qubity a je tím klíčovým prvkem, který dává nejrůznějším aplikacím tu hlavní kvantovou výhodu.
6. Pro aplikaci kvantové informatiky a správných výsledků je potřeba zajistit zachování křehkých kvantových stavů, neboli udržet je v koherenci.
7. Kvantové počítače, které používají qubity a kvantové operace, budou řešit určité komplexní výpočetní problémy mnohem efektivněji než klasické počítače.
8. Kvantová komunikace používá kvantové provázání nebo jiný přenosový kanál, jako jsou optické kabely, k přenosu kvantové informace bezi různými lokacemi.
9. Kvantové snímání využívá kvantové stavy k detekci a měření fyzikálních vlastností s nejvyšší možnou přesností povolenou kvantovou mechanikou.

Kde první bod definuje obor kvantové informatiky, body 2-6 představují základní myšlenky nutné pro porozumění kvantové informatiky a její uplatnění a body 7-9 poskytují krátké vysvětlení klíčových uplatnění kvantové informatiky. Zde jsme představili jenom základní náhled na oněch 9 konceptů, které jsou detailněji rozepsané v původním dokumentu odkázaném níže.

Originál si lze přečíst zde.