Diseño y estructura de un curso integrado de secundaria sobre ciencia de la información cuántica con polarización de fotones y codificación de camino

Resumen La investigación y el desarrollo curricular sobre ciencia de la información cuántica es un desafío novedoso, pero significativo desde el punto de vista tecnológico y social para la educación en física. Si bien el debate está abierto sobre el contenido central, los enfoques y las estrategias para abordar la necesidad de una instrucción efectiva en la materia, han comenzado a surgir algunas indicaciones. Entre ellas, la importancia de un inicio más temprano de la educación y de ayudar a los estudiantes a desarrollar no solo un conocimiento teórico, sino también habilidades experimentales de alto nivel que incluyan el diseño ideal y la realización de experimentos. Estas habilidades son desafiantes de alcanzar en los programas tradicionales existentes y pueden considerarse inaccesibles a nivel introductorio debido a las dificultades conectadas con las implementaciones de qubits. Aquí presentamos el proceso de diseño y la estructura de un curso para secundaria que tiene como objetivo promover la construcción de una comprensión básica pero integrada de la ciencia de la información cuántica, incluido el diseño experimental y las actividades de laboratorio. El curso fue desarrollado dentro del modelo de reconstrucción educativa, y se encuentra incrustado en un marco de cambio conceptual en física y computación. La codificación de la polarización y la información de camino de un fotón se utiliza para involucrar a los estudiantes en el desarrollo de un modelo global de codificación y procesamiento lógico, en el diseño experimental ideal de compuertas y circuitos, y en su implementación en el banco óptico. Estos procesos de aprendizaje son asistidos por un uso coordinado de múltiples representaciones y por una clarificación de la estructura interna de los algoritmos cuánticos, con especial atención a la fase de procesamiento de la información.