高校生のための量子科学

マシュー・イェーとジェニファー・ワンは、高度な科学研究に初めて触れたことで自分たちがどれほど変わったかを覚えています。 ええ、応用物理学の博士号です。 ハーバード大学ジョン A. ポールソン工学応用科学大学院 (SEAS) の候補者と、電気工学およびコンピューター サイエンスの博士号を取得したワン氏。 MIT の学生である彼女は、高校で強化活動に参加するまでは、高度な科学の学位を取得することを考えていませんでした。

「それは私に、これまで経験したことのない大きな創造性と主体性の感覚を本当に与えてくれました」とワン氏は語った。 「初めて学術論文を読み、多くの情報を総合する必要がありました。 すべてが混乱していて、誰も答えがわかりませんでしたが、それはとてもエキサイティングでした。」

テキサス州ベレア高校の生徒たちは、「量子工学研究とあなた」アウトリーチ プログラムで、液体窒素に LED を浸す実験を行っています。 (ダニエル・マーク)

二人は現在、科学、技術、工学、数学 (STEM) の分野で次世代の研究者にインスピレーションを与える指導者になろうとしています。 彼らは、2022 年春学期に向けて「量子工学研究とあなた (QuERY)」アウトリーチ プログラムを開始し、この春もそれを繰り返し、ヒューストンにあるワン氏の母校であるベレア高校の高校生と、大学の現在の大学院生および博士研究員を結びつけました。 SEASとMIT。 物理教師、ヒューストン大学博士号ジェームス・ニューランド候補者はベレア大学の学生をコーディネートしました。 このプロジェクトは、ハーバード大学量子イニシアチブによって部分的に資金提供されている。同イニシアチブは、SEAS の応用物理学および電気工学のター・コイン教授であるエブリン・フーが共同監督を務めており、その実行委員会には 9 人の SEAS 教員が含まれている。 追加の資金は、MIT 量子工学センターの学際的な量子情報科学および工学プログラムから提供されます。

「何かに触れていなければ、そのことに興味があるとは言えません」とイェー氏は言う。 「私たちの哲学の一部は、人々に STEM に興味を持ってもらうための手段として量子を使用することです。 しかし、もう一つの側面はメンターとメンティの関係です。 高校生が質問した場合に、大学院生やポスドクがリソースとして利用できるようにしたいと考えています。」

このプログラムは、学生が直接集まってから、Zoom を介して卒業生のメンターと協力するハイブリッド形式を使用します。 彼らは量子科学に関連する 6 つの異なるモジュールを学習しますが、各モジュールは内容を日常生活に直接関係するものに再構成するように設計されています。

今日、人々は量子について、まるで魔法のような未来のテクノロジーであるかのように話します。 しかし、量子はすでに私たちの周りで使用されています。 コンピューターには、量子力学を利用したトランジスタが多数搭載されています。

学生は最終的に小グループを形成し、学んだ内容を活用した独自の実験を考案し、ベレア大学での学期末のポスターセッションで発表します。 学生がプロジェクトを選択すると、Wang と Yeh は同様の分野を専門とするメンターと学生をマッチングします。

「彼らがコーディングに興味がある場合は、シミュレーション技術を多用するメンターを付けます」とワン氏は語った。 「これが私が本当に求めている創造性と主体性です。自分が持っているスキルを活用し、プログラムで学んだことと組み合わせて、卒業生の指導者によって主導されるのではなく、指導されてプロジェクトを考え出します。」

学生たちに自らの科学研究に対する主体性を与えることで、量子関連の幅広い最終プロジェクトが実現しました。 スクールバンドの生徒たちは、オープンソース ソフトウェア パッケージを使用して量子回路をシミュレートして乱数を生成し、その結果を使用して音楽を作成しました。 別のグループは、磁気モデルをシミュレートできるようにコーディングする方法を学びました。 別のグループは、LEDライトを液体窒素に浸し、極度の寒さによってライトの結晶格子構造が変化すると、放出される光の色が変化するという実験を行った。

「彼らにできることは驚くほどたくさんあることがわかりました」とイェー氏は語った。 「1 年目は、学生はシミュレーションや小さな文献レビューを行いました。 しかし、彼らはこの春に戻ってきて、自分たちの手を使って何かをしたいと考えていました。 彼らはメンターがケンブリッジから飛行機で来たときのために何かを披露したいと思っていました。」