چرا یک دبیرستان در ویرجینیا کامپیوتر کوانتومی می گیرد؟

نمایش XQ1 در کنگره جهانی کوانتوم 2026 در مریلند

در ژانویه، دبیرستان Skyview در ویرجینیا به اولین دبیرستان در ایالات متحده تبدیل خواهد شد که یک کامپیوتر کوانتومی در محل خود دارد. این دستگاه که توسط شرکت محاسبات و سنجش کوانتومی XeedQ ساخته شده است، یک وسیله آموزشی با هدف الهام بخشیدن به نسل بعدی نوآوران کوانتومی خواهد بود.

صنعت محاسبات کوانتومی در یک دوره گسترش است و دولت ها و سرمایه گذاران خصوصی تمرکز خود را بر این زمینه افزایش می دهند. با این حال، بسیاری از رهبران این صنعت توافق دارند که علاوه بر سرمایه گذاری در فناوری کوانتومی، باید تلاشی هماهنگ برای رشد نیروی کار کوانتومی نیز صورت گیرد. مدارس عمومی شهرستان فیرفکس (FCPS) در ویرجینیا با فراهم کردن دسترسی عملی به یک کامپیوتر کوانتومی کار به دانش‌آموزان دبیرستانی، با این چالش مقابله می‌کند.

میشل رید، سرپرست FCPS می‌گوید که این شرط‌بندی روی مسیر شغلی است که "به طور جهانی در حال انفجار است" و می‌تواند دانشجویان را برای پیگیری یکی از 800000 شغل مرتبط با کوانتومی که پیش‌بینی می‌شود در دهه آینده ایجاد شود، آماده کند.

کامپیوتر کوانتومی که XQ1 نام دارد، شامل چهار کیوبیت یا بلوک‌های اساسی محاسبات کوانتومی است که هر کدام از آنها بر اساس الماسی است که دارای نقص‌های طراحی شده خاص است. این نوع کیوبیت ها می توانند در دمای اتاق کار کنند. Gopalakrishnan Balasubramanian در XeedQ می‌گوید این شرکت XQ1 را طراحی کرده است - که تقریبا به اندازه یک یخچال کوچک است - به اندازه‌ای قوی باشد که بتواند در شرایط کلاس درس مقاومت کند و چندین سال به طور مداوم کار کند. او می گوید که XQ1 حدود 900000 دلار هزینه خواهد داشت.

رید می‌گوید که این امر همچنان برای FCPS ارزان‌تر از مثلا یک برنامه جدید برای آموزش مهارت‌های جوشکاری به دانش‌آموزان خواهد بود.

قدرت محاسباتی یک کامپیوتر کوانتومی به تعداد کیوبیت های آن مربوط است، بنابراین XQ1 دانش آموزان را قادر به اجرای برنامه های پیچیده نمی کند. در عوض، به آن‌ها اجازه می‌دهد تا برای مثال، ماهیت احتمالی کیوبیت‌ها شهودی را توسعه دهند. بالاسوبرامانیان می‌گوید: دانش‌آموزان می‌توانند آزمایش کنند که چگونه آماده‌سازی مکرر یک کیوبیت در یک حالت کوانتومی، معادل دادن بارها و بارها ورودی‌های یکسان به رایانه کوانتومی، لزوما همیشه به یک نتیجه یا همان خروجی منجر نمی‌شود، وقتی کیوبیت بعدا خوانده می‌شود.

او می‌گوید به این ترتیب، برخی از اساسی‌ترین روش‌هایی که در آنها کامپیوترهای کوانتومی متفاوت از رایانه‌های معمولی رفتار می‌کنند، برای دانش‌آموزان قبل از ثبت‌نام در کالج و گذراندن یک آموزش رسمی دقیق در فیزیک کوانتومی، شهودی می‌شوند. علاوه بر این، دانش‌آموزان می‌توانند پالس‌های الکترومغناطیسی را که کیوبیت‌ها را کنترل می‌کنند تغییر دهند و همچنین تأثیرات نویز محیطی بر عملکرد آنها را مطالعه کنند. آنها در تیم های دو یا سه نفره کار خواهند کرد و در این فرآیند زبان برنامه نویسی Python را یاد خواهند گرفت.

رید می‌گوید: «ما پیش‌بینی می‌کنیم که دانش‌آموزان مستقیما با سیستم کار کنند و فیزیک را در عمل مشاهده کنند. او می گوید که XQ1 در ابتدا بخشی از کلاس های ریاضی و فیزیک برای دانش آموزان سال آخر یا دوم تا آخر دبیرستان خواهد بود، اما ممکن است برنامه درسی در سال های آینده گسترش یابد. او می‌گوید دانش‌آموزان مدارس دیگر در شهرستان فیرفکس نیز از طریق برنامه‌های آخر هفته با دستگاه تعامل خواهند داشت. رید می گوید: «جوانان ما در مورد آن بسیار هیجان زده هستند.