L’informatique quantique est l’avenir et les écoles doivent rattraper leur retard

La puissance exploitée du monde subatomique pourrait bientôt bouleverser l’industrie informatique moderne. Les ordinateurs quantiques sont partout dans l’actualité, et des travaux fondamentaux sur la théorie qui les a engendrés ont même remporté le prix Nobel l’année dernière.

Mais le seul endroit où vous n’en entendrez peut-être pas parler, c’est dans une salle de classe de physique. Et si nous avons le moindre espoir de créer une population alphabétisée en technologie et de développer une main-d’œuvre pour ce domaine émergent, cela doit changer.

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Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ? Contrairement à l’ordinateur assis sur votre bureau, qui encode des mots ou des nombres sous forme d’ensembles de 1 et de 0 appelés « bits », les ordinateurs quantiques s’appuient sur des bits quantiques ou « qubits », qui sont plus risqués (au grand dam d’Einstein). Contrairement aux bits, les qubits attribuent des poids à leurs 1 et 0, plus comme la façon dont vous adapteriez les dés chargés, ce qui signifie qu’il existe une probabilité associée à la mesure de l’un ou l’autre nombre. Ils n’ont pas de valeur définie, incarnant plutôt un peu des deux états jusqu’à ce que vous les mesuriez. Les algorithmes quantiques s’exécutent sur ces qubits et, théoriquement, effectuent des calculs en lançant ces dés chargés, faisant interférer leurs probabilités et augmentant leurs chances de trouver la solution idéale. L’espoir ultime est que les opérations mathématiques telles que la factorisation de nombres gargantuesques, qui prendraient maintenant des milliards d’années à un ordinateur, ne prendraient que quelques jours sur un ordinateur quantique.

Cette nouvelle façon de calculer pourrait résoudre des problèmes difficiles qui sont hors de portée des processeurs classiques, ouvrant de nouvelles frontières partout, de la découverte de médicaments à l’intelligence artificielle. Mais plutôt que d’exposer les étudiants aux phénomènes quantiques, la plupart des programmes de physique d’aujourd’hui sont conçus pour commencer par l’ABC de la physique – des sujets passionnants tels que les cordes sur les poulies et les plans inclinés – et bien que les étudiants aient certainement besoin de connaître les bases (il y a de la place pour Newton et Maxwell aux côtés chat de Schrödinger), il devrait y avoir du temps passé à relier ce qu’ils apprennent à la technologie de pointe.

C’est important parce que l’informatique quantique n’est plus une expérience scientifique. Les démonstrations technologiques d’IBM (mon employeur), Google et d’autres acteurs de l’industrie prouvent que l’informatique quantique utile est à l’horizon. L’offre de travailleurs quantiques reste cependant assez faible. Un rapport McKinsey de 2021 prédit d’importantes pénuries de talents – le nombre d’emplois ouverts dépassant le nombre de candidats qualifiés d’environ 3 pour 1 – jusqu’à au moins la fin de la décennie sans solution. Ce rapport estime également que le vivier quantique de talents aux États-Unis tombera loin derrière la Chine et l’Europe. La Chine a annoncé le plus grand financement public à ce jour de tous les pays, plus du double des investissements des gouvernements de l’UE, 15,3 milliards de dollars contre 7,2 milliards de dollars, et huit fois plus que les investissements du gouvernement américain.

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Heureusement, les choses commencent à changer. Les universités exposent plus tôt les étudiants à des cours de mécanique quantique autrefois redoutés. Les étudiants apprennent également par des moyens moins traditionnels, comme les chaînes YouTube ou les cours en ligne, et recherchent des communautés open source pour commencer leurs voyages quantiques. Et il était temps, car la demande monte en flèche pour les scientifiques, les développeurs de logiciels et même les majors du secteur quantique pour remplir un vivier de talents scientifiques. Nous ne pouvons pas continuer à attendre six ans ou plus pour que chacun de ces étudiants reçoive un doctorat, ce qui est la norme dans le domaine en ce moment.

Les écoles répondent enfin à ce besoin. Certaines universités proposent des programmes non doctoraux. programmes en informatique quantique, par exemple. Ces dernières années, le Wisconsin et l’Université de Californie à Los Angeles ont accueilli des classes inaugurales d’étudiants en maîtrise d’information quantique dans des programmes intensifs d’un an. L’UCLA a fini par attirer une cohorte beaucoup plus importante que l’université ne l’avait prévu, ce qui démontre la demande des étudiants. L’Université de Pittsburgh a adopté une approche différente en lançant une nouvelle majeure de premier cycle combinant la physique et l’informatique traditionnelle, répondant au besoin d’un programme de quatre ans qui prépare les étudiants à l’emploi ou à des études supérieures. De plus, l’Ohio est récemment devenu le premier État à ajouter une formation quantique à ses programmes de sciences K-12.

Et enfin, les professeurs commencent à intégrer des leçons pratiques axées sur les applications dans leurs programmes quantiques. Les universités du monde entier commencent à donner des cours utilisant Qiskit, Cirq et d’autres cadres de programmation quantique open source qui permettent à leurs étudiants d’expérimenter sur de vrais ordinateurs quantiques via le cloud.

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Certains remettent en cause cette initiative. J’ai entendu des sceptiques demander, est-ce une bonne idée de former une nouvelle génération d’étudiants dans une technologie qui n’est pas entièrement réalisée ? Ou que peut-on vraiment gagner en essayant d’enseigner la physique quantique à des élèves si jeunes ?

Ce sont des questions raisonnables, mais considérez : Quantum est plus qu’une simple technologie ; c’est un domaine d’études qui sous-tend la chimie, la biologie, l’ingénierie et plus encore; l’éducation quantique est précieuse au-delà de l’informatique. Et si l’informatique quantique réussit – ce qui, je pense, le fera –, nous nous en sortirons bien mieux si davantage de gens le comprennent.

La technologie quantique est l’avenir et l’enseignement de l’informatique quantique est L’éducation STEM, comme me l’a dit un jour Charles Tahan, directeur du Bureau national de coordination quantique. Tous ces étudiants ne se retrouveront pas directement dans l’industrie quantique à la fin, et c’est tant mieux. Ils peuvent travailler dans un domaine scientifique ou d’ingénierie connexe, comme la fibre optique ou la cybersécurité, qui bénéficierait de leurs connaissances quantiques, ou dans des entreprises où ils peuvent prendre de meilleures décisions en fonction de leur compréhension de la technologie.

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Dans mon travail, je parle quotidiennement des technologies quantiques aux étudiants. Et j’ai appris que par-dessus tout, ils ont soif d’apprendre. Quantum bouleverse notre perception de la réalité. Il attire les gens et les y maintient, comme la popularité de la NASA et l’alunissage l’ont fait pour l’astrophysique. Nous devrions nous pencher sur ce qui capte l’attention des étudiants et façonner nos programmes et programmes d’études pour répondre à ces désirs.

Pour les écoles qui s’adaptent à l’ère quantique émergente, le message central est simple : ne sous-estimez pas vos élèves. Certains pourraient entendre le mot quantum et frissonner, craignant que cela dépasse leur compréhension. Mais j’ai rencontré des lycéens et collégiens qui appréhendent les concepts avec aisance. Comment pouvons-nous nous attendre à ce que les jeunes étudiants poursuivent ce sujet alors que nous le gardons derrière des années de poulies et de blocs coulissants ? Les universités devraient commencer à introduire l’information quantique beaucoup plus tôt dans le programme, et les écoles de la maternelle à la 12e année ne devraient pas hésiter à introduire certains concepts quantiques de base à un âge précoce. Nous ne devons pas sous-estimer les étudiants, mais plutôt leur faire confiance pour nous dire ce qu’ils veulent apprendre, pour leur bénéfice et pour l’ensemble de la science. Si nous traînons un peu les pieds, nous risquons tous de perdre les immenses avantages que le quantum pourrait apporter à notre économie, à notre technologie et à nos industries futures.

Ceci est un article d’opinion et d’analyse, et les opinions exprimées par l’auteur ou les auteurs ne sont pas nécessairement celles de Scientifique américain.