一个物理教育者团队正在探索在教育环境中教授量子物理的新方法。历史上，课堂教学主要围绕量子物理的发展历程展开，这可能给学生带来挑战。利用量子测量过程作为案例研究，研究人员最近发表了他们与量子物理学习相关的初步实证结果，特别是在二态系统的背景下。
研究团队包括来自莱比锡大学的物理教育专家菲利普·比岑鲍尔教授，重点关注量子比特。这些量子比特是表示最简单和最重要的量子系统的二态系统，适用于各种场景。控制和操纵这些量子比特的能力对现代量子技术至关重要。
比岑鲍尔教授指出，迄今为止，还没有关于利用二态系统的教学策略在增强学生概念理解上的有效性的实证研究。此外，基于这些系统的各种教学方法的具体优缺点的科学研究也很缺乏。“通过说明量子测量过程，这是量子物理中的一个基本问题，我们展示了如何开发适合该领域干预研究的调查方法。一般来说，围绕二态系统的教学策略似乎比传统方法更有效地促进学习，”莱比锡的物理教育者和该研究的主要作者解释道。
近年来，将二态系统作为理解量子物理的基础引起了相当大的关注。比岑鲍尔教授认为，这种方法为现代量子技术铺平了道路，包括量子密码学和量子计算。量子密码学的一个目标是保护通信免受未经授权的访问。量子计算机能够解决一些问题，尽管超级计算机的计算能力，可能需要不切实际的长时间才能解决，甚至可能仍然无法解决，例如将大数字分解为其素数成分。
比岑鲍尔及其团队旨在使量子技术的革命性潜力对中学生可及。他已被美国物理学会（APS）邀请于2025年3月在洛杉矶的APS全球物理峰会上展示该项目的成果。
他强调，2025年将是国际量子科学与技术年，纪念量子力学对历史的影响已达一个世纪。这一遗产延续至今，科学家们在讨论第二次量子革命，预计将以类似于第一次革命对20世纪的影响来影响21世纪。“目前，重点是从多体系统过渡到管理和控制单个电子、单个光子，或者更广泛地说，量子系统内的单一自由度。基本和必要的量子系统仅由两个自由度（即二态系统）组成，这为在学校教授量子物理奠定了基础，”研究人员表示。
