我第一次听说量子信息科学是在2008年加拿大的一个教师发展研讨会上。

我已经知道量子科学是对自然界中最小物体的研究。我也知道信息科学是对计算机和互联网的研究。我不知道的是，量子信息科学(有时称为QIS)是一个新的科学和技术领域，结合了物理科学，数学，计算机科学和工程学。

在那之前，我还没有意识到QIS是如何成为许多日常用品的关键，比如手机、卫星、核磁共振成像机、激光、网络安全和太阳能技术。我是一名物理老师，不知道这一点，所以我知道其他老师也不知道。如果他们不知道，那就意味着K-12学生肯定没有学习它。

我发誓要在自己的课堂上和我指导的老师中更好地教授这些概念。但我很快发现了重大障碍。

这些障碍包括：

缺乏高中生可以理解的量子信息科学材料。

专注于量子信息科学的教师专业发展的资金和机会有限。

缺乏州或联邦量子信息科学标准供学校遵循。

在同事的帮助下，我在 2020 年组织了全民量子计划，以帮助高中教师支持量子信息科学的教学。该项目从美国国家科学基金会获得了近1万美元的资助。该赠款的目标是通过教K-12教育工作者如何教授QIS来帮助学生变得量子智能。

量子工作无处不在

从社会的角度来看，在高中阶段投资量子教育的原因有很多。

到44年，量子信息技术市场的价值将达到2028亿美元。然而，一项研究估计该行业存在严重的人才短缺——空缺职位的数量比合格申请人的数量多出约 3 比 1。

不具备该领域的基础知识可能会使学生无法从事这些高薪工作。量子工程师、开发人员和科学家的年薪约为 100,000 美元。量子物理学家的收入最高可达 170,000 美元。

接触量子信息科学最合乎逻辑的场所是高中物理课程。然而，多达 16% 到 39% 的高中生没有上每年提供物理的高中。

传统的专业发展侧重于教授教师，而不是帮助教师准备教学。这就是为什么我和其他研究人员正在研究不同专业发展模式的有效性。该模型的组成部分包括让其他科学老师教授的内容。

我们的模式对教师进行一周的教育，然后允许他们在下周在营地教学生，同时信息和技术仍然新鲜。研究表明，这种方法比举办暑期研讨会更有效，暑期研讨会不允许教师在很久以后尝试他们学到的东西。

这种模式还允许教师在与其他科学教师一起练习教学技巧时获得信心，使他们更有可能在自己的课程中实施这些知识。该项目正在开发的课程可以嵌入到现有的STEM课程中 - 科学，技术，工程和数学 - 或作为独立主题教授。

已经开发的量子信息科学课程的例子包括悬浮，向学生展示超导体和量子悬浮的基础知识。这些概念已经用于磁悬浮列车等应用中，这些列车使用磁铁安静地漂浮在轨道上方，而不是使用轮子。这种类型的旅行有很多好处，包括能源效率、更少的脱轨、更少的维护和更少的环境影响。

其他课程涉及理解密码学和网络安全。密码学是编码信息或加密的技术，因此它只能由预期的接收者读取，而网络安全是为保持设备和网络中的信息安全而采取的过程或程序。

随着学区和教育工作者开始实施量子信息科学概念，我和我的同事正在收集教师对课程有效性和学生参与度的反馈。此反馈将用于告知如何将量子信息添加到更多课程中。