Mason

Quanten sind die Erforschung des Universums auf kleinsten Skalen. Die seltsamen Verhaltensweisen, die auf der Skala von Atomen auftreten, sind der Schlüssel zu den Technologien, die unsere Computer und viele andere moderne Geräte antreiben. Jüngste Fortschritte, die eine stärkere Manipulation dieser seltsamen Verhaltensweisen ermöglichen, haben die Quantenphysik in eine neue Ära geführt und versprechen technologische Fortschritte in den Bereichen Computer, Sensorik und Kommunikation. Diese neuen Technologien könnten die Arbeitsplatzlandschaft der heutigen Oberstufenschüler verändern.

Um Oberstufenschüler für das Versprechen der Quantentechnologien zu begeistern und sie auf diese Zukunft vorzubereiten, veranstalteten die George Mason University und Connected DMV im Juli das Pathways to Quantum Immersion Program. Dieses Programm brachte Oberstufenschüler aus 21 Schulen in der Metropolregion Washington, DC zusammen, um quantenorientierte Bildungs-, Forschungs- und Karrieremöglichkeiten zu erkunden.

Das transdisziplinäre Programm wurde von Jessica Rosenberg, außerordentliche Professorin für Physik bei Mason und Direktorin für Bildung am Mason's Quantum Science and Engineering Center (QSEC), und Nancy Holincheck, Assistenzprofessorin am Mason College of Education and Human Development und stellvertretende Direktorin am Center for Social Equity, koordiniert Durch naturwissenschaftliche Bildung und Co-Akademischer Programmkoordinator des Advanced Studies in Teaching and Learning-Programms.

Die Teilnehmer begannen mit einem zweiwöchigen virtuellen Programm, in dem sie etwas über wichtige Quantenkonzepte lernten, sich mit Quantenphänomenen unter Verwendung von Polarisatoren und Simulationen von Experimenten, einschließlich des Doppelspaltexperiments, beschäftigten, etwas über Anwendungen von Quantentechnologien lernten und in Quantenberufe eingeführt wurden.

Im Anschluss an das virtuelle Programm verbrachten die Studenten eine Woche zu Hause auf dem Fairfax Campus von Mason, wo sie ein umfangreiches Programm an persönlichen Programmen absolvieren konnten, das Vorträge, Diskussionen und Besuche von Standorten umfasste, die in Mason und in der Region an Quantenthemen arbeiten.

Die Teilnehmer besuchten mehrere Labore, die sich mit Quantenforschung befassen, darunter das Quantenchemielabor von Yun Yu, das zweidimensionale Materialien untersucht, das Biophysiklabor von Rob Cressman, das Quantensensoren zur Untersuchung des Gehirns verwendet, und das Physiklabor von Karen Sauer, das Quantensensoren zur Erkennung magnetischer Signale entwickelt Felder und das Labor von QSEC-Direktor Patrick Vora, um mehr über Quantenmaterialforschung zu erfahren.

„Ich habe etwas über interdisziplinäre, kollaborative und vernetzte Forschung zu einer Vielzahl von Quantenthemen gelernt – einige davon hatte ich bereits gehört, andere aufstrebende Bereiche waren für mich neu“, sagte Shivani Nadella, eine aufstrebende Absolventin der Freedom High School in South Riding, Virginia . „Die Professoren waren sehr sachkundig und freuten sich darauf, ihr Fachwissen und ihre Ressourcen weiterzugeben, die Sie benötigen, um Ihre Leidenschaft zu entdecken und zu verfolgen.“

Nadella hatte ursprünglich vor, ein Informatikstudium zu absolvieren, als sie ans College kam, sagte aber, dass sie aufgrund dieser Erfahrung darüber nachdenke, ein Doppelstudium in Physik zu absolvieren.

Über Mason hinaus konnten die Programmteilnehmer Quantenarbeit sehen, die an der NASA, der University of Maryland, MITRE und der George Washington University durchgeführt wird. Im Goddard Space Flight Center der NASA lernten die Studenten die Rolle von Quanten in der Kommunikation kennen und konnten Quantenlabore sowie andere Einrichtungen wie die Hochbucht besichtigen, in der das Nancy Grace Roman Telescope zusammengebaut wird.

An der University of Maryland konnten sie zahlreiche Quantenlabore besichtigen, darunter ein Zyklotron und einen Quantencomputer. Die MITRE-Tour beinhaltete ein Karriere-Panel sowie Besuche in den Nano-Bio- und Vision-Sensing-Laboren des Unternehmens. Die Nanofabrikationsanlage der George Washington University zeigte ihnen Arbeiten mit Raster- und Transmissionselektronenmikroskopen.

Der letzte Besuch der Studenten galt dem Eisenhower-Exekutivbüro des Weißen Hauses für Präsentationen von Mitgliedern des Quantum-Koordinierungsbüros des Office of Science and Technology Policy und einen Rundgang durch das Gebäude.

Holincheck sagte, diese Erfahrung sei wichtig für den Zugang zu Möglichkeiten und Karriereinformationen. „Die Studierenden trafen verschiedene Wissenschaftler, die in Quantentechnologien und Quantenpolitik tätig sind, und hörten von ihnen über aktuelle und zukünftige Quantenanwendungen und Karrieren“, sagte sie. „Dieses Programm ist eine Möglichkeit, wie wir Studierenden aus unserer Region gleichberechtigten Zugang zu MINT-Wissen und -Möglichkeiten bieten können.“

Michelle Reid, Superintendentin der Fairfax County Public Schools, sagte, dass arbeitsbasierte Lernerfahrungen wie das Quantum Immersion Program dazu beitragen, Schüler auf Karrieren der Zukunft vorzubereiten – Karrieren, die es noch nicht gibt. Neun FCPS-Studenten nahmen an diesem Sommerprogramm teil.

„Unser tiefster Dank gilt unseren akademischen, staatlichen und Geschäftspartnern, die den Wert erkennen, den es hat, unseren Studenten praktische Erfahrungen zu vermitteln, um ihre Zukunft zu steuern und zu gestalten“, fügte sie hinzu.

Am letzten Tag des Programms hielten die Teilnehmer Präsentationen über das, was sie im Laufe der Woche gelernt hatten, und ihr Quantenlernen geht weiter.

„Einige der Studenten werden im Anschluss an diese Erfahrung ein erweitertes Praktikumsprogramm absolvieren“, sagte Rosenberg. „Alle Studierenden haben außerdem die Möglichkeit, auf dem im September stattfindenden Quantum World Congress ein Poster über ihre Vision für zukünftige Quantentechnologien vorzustellen.“

Rosenberg fügte hinzu: „Ein Student erzählte mir, dass er nach dieser Erfahrung wirklich erkennen kann, wie Quanten auf viele Bereiche angewendet werden können – es ist die Zukunft.“ Sie lernen, welchen Karriereweg sie auch wählen, ob medizinisch oder rechnerisch, Quanten werden da sein.“

Das Pathways to Quantum Immersion-Programm ist Teil des K12 Quantum Workforce Development Project von QSEC, das aus Mitteln der US-Abgeordneten Jennifer Wexton finanziert wurde und darauf abzielt, die nächste Generation von Studenten zu inspirieren, sich diesem Fachgebiet zu widmen und gleichzeitig eine vielfältige Quantenarbeitskräfte vorzubereiten in Nord-Virginia.

„Ein Student erzählte mir, dass er nach dieser Erfahrung wirklich erkennen könne, wie Quanten auf viele Bereiche angewendet werden können – es sei die Zukunft. Sie lernen, welchen Karriereweg sie auch wählen, ob medizinisch oder rechnerisch, Quanten werden da sein.“

Jessica Rosenberg