Способность использовать квантово-механические явления, такие как суперпозиция и запутанность, для выполнения вычислений, очевидно, создаёт ряд трудностей. Добавьте сюда необходимость заставить эти системы выполнять значимую работу, и вы значительно повысите ставки. Создание группы талантливых, хорошо подготовленных учёных и профессионалов, способных справиться с этими проблемами, было предметом виртуального круглого стола IBM 28 июля «Как создать квантовую рабочую силу».
Группа экспертов круглого стола из IBM Research, Университета Ховарда, Нью-Йоркского университета и Forrester Research обсудила роль цифрового обучения в ускорении формирования квантовых навыков и междисциплинарные наборы навыков, необходимые для карьеры в квантовых вычислениях. Они также обратились к необходимости избегать шумихи при продвижении потенциала квантовых вычислений, сбалансированной с необходимостью привлекать и удерживать таланты, которые могли бы сделать потенциально более прибыльную карьеру на Уолл-стрит и в Кремниевой долине.
Побудите студентов совершить прыжок в квант
В начале виртуального мероприятия участники дискуссии обсудили проблемы заинтересовать студентов квантовыми вычислениями в относительно раннем возрасте. Модератор Джеффри Хаммонд, вице-президент, главный аналитик, обслуживающий ИТ-специалистов, Forrester Research, спросил, есть ли квантовые вычисления, эквивалентные персональным компьютерам Tandy/Radio Shack TRS-80, которые познакомили целое поколение детей с домашними вычислениями в конце 1970-х и 80-е гг.
Платформа Quantum Experience от IBM, доступная в облаке, хотя, возможно, и не такая культовая, как квадратный монитор и известная клавиатура TRS-80, обеспечивает сопоставимый вводный путь к программированию на квантовых компьютерах. «До того, как IBM запустила свой Quantum Experience в 2016 году, требовался доступ в лабораторию, чтобы иметь возможность работать на реальном квантовом компьютере, а не на квантовом симуляторе, работающем на классическом компьютере», – сказал участник дискуссии Абэ Асфау, глобальный руководитель отдела квантового образования IBM Quantum.
«Для того чтобы квантовое образование охватило как можно более широкую аудиторию, крайне важно, чтобы преподаватели обращались к учащимся как можно раньше», – заявила участница дискуссии Тина Брауэр-Томас, директор по образованию и исполнительный директор центра интегрированных квантовых материалов Университета Говарда. По её словам, присутствует отток женщин и цветных» на разных этапах их академической карьеры, а это означает, что эти студенты будут отдаляться от предметов STEM, если их не поощрять должным образом. «Решение состоит в том, чтобы максимально приблизиться к уровню средней школы, прежде чем мы начнём видеть различные барьеры, влияющие на разные типы людей с разными талантами», – добавила она.
По словам Брауэр-Томас, в связи с зарождающейся природой квантовых вычислений «у нас есть возможность пригласить к участию настолько широкое участие, насколько это необходимо». «Важно понимать, что, хотя за квантовой наукой скрывается много загадок, она достижима, если мы будем инвестировать сейчас и обучать людей, от младших школьников до более широкого сообщества».
Снижайте барьеры, поднимая планку
Цель IBM состояла в том, чтобы снизить барьер для входа для тех, кто заинтересован в обучении программированию на квантовых компьютерах с помощью Q Experience – платформы разработки квантового программного обеспечения с открытым исходным кодом Qiskit и учебника с открытым исходным кодом «Изучение квантовых вычислений с помощью Qiskit», который выпустил участник дискуссии Джавад Шабани, доцент кафедры физики и заведующий лабораторией Шабани Нью-Йоркского университета.
Новейшая инициатива IBM в области квантового образования – это программа Quantum Educators. Представленная в тот же день, что и круглый стол, программа предоставляет преподавателям квантовых вычислений – от средней и старшей школы до программ бакалавриата и магистратуры – приоритетное использование квантовых систем IBM через облако как для себя, так и для своих учеников абсолютно бесплатно. Программа Quantum Educators уникальна тем, что позволяет учащимся учитывать эффекты шума, квантового взаимодействия и другие проблемы программирования, с которыми они столкнутся при использовании реальных квантовых компьютеров, что невозможно при обучении на квантовых симуляторах.
IBM также часто проводит лагеря Qiskit и хакатоны по всему миру для поддержки развития квантовых навыков, а недавно запустила свою первую онлайн-летнюю школу Qiskit Global Summer School – виртуальное двухнедельное мероприятие, призванное дать следующему поколению квантовых разработчиков инструменты и навыки, необходимые для написания квантовых приложений. Хотя IBM ожидала, что в неё будет зачислено около 200 студентов, в итоге программа приняла 4.000 студентов из более чем 100 стран со всего мира. Квантовое образование «поможет нам преодолеть разрыв в навыках, учитывая большой интерес к нему прямо сейчас», – сказал Асфау. «Наша цель состоит в том, чтобы по мере обучения студенты работали с реальными квантовыми системами».
Поощряйте междисциплинарный подход
Основная цель таких образовательных усилий – это, конечно, в конечном итоге создать квалифицированную рабочую силу в области квантовых вычислений. Эксперты согласились, что такая рабочая сила будет включать в себя множество различных ролей и требует междисциплинарных навыков.
Квантовым компьютерам требуются не только программисты и физики, но и люди, обладающие, например, электротехническими знаниями для разработки управляющей электроники, считывающей сигналы квантового компьютера. Материаловеды также играют важную роль в улучшении аппаратного обеспечения квантовых вычислений. «Есть место для действительно самых разных инженеров и учёных, которые могут присоединиться к этой области, будь то разработка систем на аппаратном уровне или разработка квантовых алгоритмов или различных приложений, что на самом деле требует совместных усилий многих областей», – сказал Асфау.
Квантовая механика, квантовая информатика и квантовые вычисления – это междисциплинарные области, «поэтому мы можем использовать математику, химию, физику, электротехнику, машиностроение и другие области», – сказал Брауэр-Томас.
Учитывая междисциплинарный характер квантовых компьютеров, Хаммонд задался вопросом, не окажет ли это медвежью услугу, которая повлечет за собой отстранение студентов, занимающихся квантовыми вычислениями, от изучения аппаратного обеспечения или информатики, когда в этой области было бы полезно иметь профессионалов, которые понимают и то, и другое. Шабани согласился: «На данном этапе квантовых вычислений я не думаю, что вы можете разделить студентов на специальности аппаратного обеспечения и программирования». Он добавил, что для улучшения квантовых компьютеров за пределами сегодняшних шумных систем промежуточного масштаба вам необходимо знать технологию как внутри, так и снаружи.
Избегайте ажиотажа
Несмотря на срочную необходимость создания конвейера для талантов в области квантовых вычислений, участники дискуссии опасаются чрезмерных обещаний для студентов. «Два года назад у меня не было такого опыта, и ко мне пришел студент и сказал: «Я люблю квантовые вычисления», – сказал Шабани. «Я рассказал ему о всех важных вещах в квантовых вычислениях. Я пребывал в эйфории». Позже студент сказал Шабани, что хотел бы переключиться на биологию, потому что решил, что эта работа откроет для него лучшие карьерные возможности.
Но квантовые вычисления уже вносят вклад в науку.
«Квантовые компьютеры – отличный способ имитировать поведение других квантовых систем», – сказал Асфау. «Наше понимание природы может быть улучшено благодаря нашей способности манипулировать квантовыми системами. Мы уже видели вклад в это, например, в сверхчувствительном обнаружении гравитационных волн в результате квантовых эффектов».
Тем не менее «мы всё же должны быть честными в отношении перспектив этой области, потому что мы рискуем привлечь людей и сразу же сообщить им плохие новости о том, что сейчас ничего из этого не работает», – сказал Асфау. «Реальность такова, что современные квантовые компьютеры имеют вполне реальные ограничения», – добавил он.
Эти ограничения также могут служить источником вдохновения. «Мы все говорим о великих достижениях квантовых вычислений, но великие дела сопряжены с преодолением серьёзных вызовов», – сказал Шабани. «Серьёзные вызовы открывают большие возможности. Это тот посыл, которого мы должны придерживаться, потому что, из одного ажиотажа ничего не выйдет».
Свет в конце квантового туннеля
Перспектива построить удовлетворительную карьеру в области квантовых вычислений должна казаться студентам вполне реальной, особенно если промышленность и академические круги хотят привлечь молодых людей, которые могут неохотно заниматься профессиями, связанными со STEM. «Им нужно понимать, как навыки квантовых вычислений помогут им заработать, как они смогут позаботиться о своих семьях в результате больших усилий, которые им придётся приложить, чтобы подготовиться к этому виду работы», – сказал Брауэр-Томас.
Это означает поиск студентов, предоставление им указаний и информирование о возможностях в области квантовых вычислений. «Талант есть», – сказал Брауэр-Томас. «Вопрос в том, как привлечь их и удержать». Если молодые люди не знают, как начать работу с квантовыми вычислениями и что их тяжелый труд в конце концов окупится, «они пойдут с тем, что они знают, в такие места, как Уолл-стрит и Кремниевая долина», – добавила она.