He completado mi B.Tech en Informática y me considero un novato, pero tengo los mismos intereses que usted. Dada la poca investigación que he hecho, creo que la informática teórica es el camino. Yo mismo estoy interesado en ello. Si uno tiene conocimientos básicos sólidos en Matemáticas y Algoritmos Discretos, la Ciencia de la Computación Teórica es un campo increíble hasta donde yo sé. El IISc y los IIT antiguos como IIT Bombay, IIT Delhi, IIT Kanpur, etc. son excelentes en este campo. Además, algunas grandes universidades como TIFR, IMSc, CMI también están llevando a cabo investigaciones de vanguardia.
Además de la informática teórica, también puede optar por áreas contemporáneas orientadas a aplicaciones, como el aprendizaje automático, la criptografía, etc. El aprendizaje automático requiere una buena base en estadística, supongo.
Te sugiero que escribas GATE y entres en IIT o IISc o en alguna buena universidad de investigación. Eso te abrirá muchas puertas. Incluso puede obtener un doctorado en el extranjero si está interesado en investigación o estudios académicos.
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¡Todo lo mejor!