作者：楊紅（中國教育科學研究院副研究員）

　　量子科技發(fā)展具有重大的科學意義和戰(zhàn)略價值，將影響新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。世界各國都意識到未來的國際競爭焦點之一就在量子技術(shù)領(lǐng)域，而人才培養(yǎng)是贏得競爭的關(guān)鍵。隨著量子科技研究快速發(fā)展和初創(chuàng)企業(yè)增加，相關(guān)人才需求激增。同時，由量子技術(shù)進步引發(fā)的知識體系變革和人才需求變化，給人才培養(yǎng)也帶來巨大挑戰(zhàn)。為此，各國紛紛探索新型量子人才培養(yǎng)和引進路徑，以增強國際競爭力。

　　全球量子科技人才需求激增

　　當前，全球主要國家都在量子科技領(lǐng)域加強政策布局，相繼制定發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，加大投入，加快量子技術(shù)從基礎(chǔ)研究到商業(yè)化的進程。如英國“國家量子技術(shù)專項”、德國“國家量子技術(shù)框架計劃”、歐盟“量子技術(shù)旗艦項目”、美國“國家量子計劃法案”、日本“量子技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略”、澳大利亞“量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展”等。概括起來，這些發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃都試圖通過加強科學研究、標準制定和人才培養(yǎng)，確保該國在量子科技領(lǐng)域競爭中的優(yōu)勢地位。

　　但量子科技領(lǐng)域的人才培養(yǎng)速度遠低于行業(yè)增長需求，據(jù)麥肯錫咨詢公司2022年調(diào)查顯示，量子科技領(lǐng)域招聘崗位是對口畢業(yè)生的3倍，人才短缺已經(jīng)嚴重制約量子科技發(fā)展，而量子科技人才培養(yǎng)也面臨以下困難：

　　一是培養(yǎng)周期長。量子領(lǐng)域高端人才培養(yǎng)周期約為10年，目前各國都尚未建立人才蓄水池，人才效應不能立竿見影。

　　二是培養(yǎng)難度大。量子科技作為前沿技術(shù)，學術(shù)門檻高，相關(guān)產(chǎn)業(yè)尚未完善，各國的人才培養(yǎng)體系并不健全，開設(shè)本科、碩士專業(yè)的高校較少。2020年澳大利亞新南威爾士大學才創(chuàng)立全球首個量子工程本科學位；截至2022年，全球只有50所高校開設(shè)量子技術(shù)碩士學位；2021年哈佛大學才開設(shè)世界第一個量子科學與工程博士項目。作為新興學科，量子科技具有交叉融合、數(shù)字賦能等特點，需要物理、數(shù)學、計算機等不同學科交叉融合，所涉及的技術(shù)范圍較廣，在基礎(chǔ)研究、系統(tǒng)開發(fā)和工程層面均需要復合型人才。這種復合型人才需要培養(yǎng)學生跨學科的創(chuàng)新、整合能力，目前世界一流大學在設(shè)立量子跨學科專業(yè)、開發(fā)跨學科課程體系等方面均處于探索階段。此外，開展量子科學實驗也需要較高的硬件條件和儀器設(shè)備。

　　三是缺少相關(guān)STEM人才支撐。與量子研究密切相關(guān)的物理、計算機與信息科學、電氣工程等，也是半導體、人工智能等高科技行業(yè)的緊缺專業(yè)。而基礎(chǔ)教育STEM后備人才培養(yǎng)質(zhì)量不高也是各國面臨的重大挑戰(zhàn)，比如美國，據(jù)2021年美國國家科學院調(diào)查顯示，只有22%的美國高中畢業(yè)生精通科學類學科。

　　營造良好的量子科技教育生態(tài)

　　量子技術(shù)距離實際應用可能還需要一段時間，但是隨著數(shù)據(jù)科學和計算工具在研究中的應用，這一步伐在不斷加快。與此同時，依靠增加投入，全面加強量子科學教育與培訓，擴寬人才培養(yǎng)管道，營造良好的量子科技教育生態(tài)系統(tǒng)成為許多國家的政策重點。

　　首先，加強科普和早期教育。4月14日是“世界量子日”，一些國家利用這一主題日舉辦形式多樣的科普活動，以培養(yǎng)公眾的興趣。許多國家意識到“量子教育從娃娃抓起”的重要性，因而在中小學STEM教育中加入量子科技知識，增進學生對量子科技的認識，并開展職業(yè)生涯教育。德國提出要在小學和中學開發(fā)合適的量子科技學習課程；日本著力構(gòu)建從幼年時期就廣泛接觸量子技術(shù)的環(huán)境。美國實施“Q12教育合作伙伴計劃”，開發(fā)適合K-12階段學生的量子信息科學與工程教育課程資源。澳大利亞在高中物理學科中增設(shè)量子物理和現(xiàn)代量子技術(shù)課程等。

　　部分世界一流大學直接參與量子人才的早期培養(yǎng)工作，如芝加哥大學就為美國中學生提供課后量子STEM教育，讓學生了解量子科技如何影響人們的生活，并介紹進入該前沿領(lǐng)域的職業(yè)路徑。此外，芝加哥大學還持續(xù)多年培養(yǎng)高中STEM教師，指導教師開發(fā)量子科技課程。

　　其次，高等教育分級培養(yǎng)量子科技人才。由于博士培養(yǎng)周期長，發(fā)達國家的普遍做法是下沉人才培養(yǎng)重心，本科階段通常采用“STEM專業(yè)+量子專業(yè)”的雙學位方式培養(yǎng)學科交叉人才。選拔優(yōu)秀本科生免費參加暑期學?；蛄孔酉牧顮I，直接進入研究項目，是各國發(fā)現(xiàn)和挖掘本科拔尖創(chuàng)新人才的普遍做法。

　　研究生培養(yǎng)多采用組建跨學科研究與教學中心，打破學科、專業(yè)限制，以研究團隊的方式跨學科培養(yǎng)學生。課程重視實踐導向，強調(diào)與產(chǎn)業(yè)界的合作，從產(chǎn)業(yè)前沿的戰(zhàn)略高度明確培養(yǎng)方向。課程設(shè)置除了理論研究、應用研究之外，有的大學還加入了商業(yè)課程，培養(yǎng)和提高學生科技成果轉(zhuǎn)化的意識和能力。英國、美國等大學通過設(shè)置專項獎學金的方式增加量子專業(yè)吸引力，美國國家科學基金會實施“行業(yè)——學術(shù)界聯(lián)合培養(yǎng)研究生計劃”，以國家重點實驗室、世界一流大學、產(chǎn)業(yè)界為依托，成立國家量子飛躍研究所，采用實習等方式支持研究生和博士后直接參與研究工作。

　　分級培養(yǎng)是滿足量子科技不同層級人才需求的快速做法。澳大利亞建立了研究生、本科生和短期培訓的三級人才培養(yǎng)體系。日本開展多層次量子教育，在培養(yǎng)高端人才的同時，也滿足民間企業(yè)的需求。美國將量子人才劃分為金字塔型四類人才，分級培養(yǎng)，頂端被稱為專業(yè)者，是擁有精深量子專業(yè)知識的博士，如量子計算科學家、糾錯科學家等；第二級為精通者，是主修量子專業(yè)的碩士和本科生，如應用架構(gòu)師、光子學工程師等；第三級為了解者，是學過量子專業(yè)知識的跨專業(yè)人員，如軟件開發(fā)人員、數(shù)據(jù)科學家等；第四級為相關(guān)者，是指擁有量子行業(yè)所需技能的專業(yè)人士，如電路設(shè)計、先進制造業(yè)等。

　　高等教育機構(gòu)還通過聯(lián)盟的方式協(xié)同推進量子科學研究和人才培養(yǎng)。如美國中西部地區(qū)成立芝加哥量子交流中心，該中心設(shè)在芝加哥大學普利茲克分子工程學院內(nèi)，參與的高等教育機構(gòu)包括美國能源部的阿貢國家實驗室和費米國家加速器實驗室、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校、威斯康星大學麥迪遜分校、西北大學等。目前，該機構(gòu)成員單位已經(jīng)橫跨學術(shù)界、國家實驗室和工業(yè)界，通過產(chǎn)學研一體化協(xié)同推進量子科學發(fā)展和人才培養(yǎng)。澳大利亞由悉尼大學、悉尼科技大學、麥考瑞大學和新南威爾士大學聯(lián)合成立了悉尼量子學院，支持量子技術(shù)企業(yè)發(fā)展，向產(chǎn)業(yè)界輸送人才。人才和科研資源的高度集中，還有利于增強對世界量子科技頂尖人才的吸引力。

　　多元化人才培養(yǎng)與國際合作

　　不僅教育界，企業(yè)界也積極參與到量子人才培養(yǎng)的進程中來。IBM公司于2020年7月推出量子計算機線上夏令營，并在全球范圍內(nèi)吸引2萬大學生報名，最終來自101個國家和地區(qū)的4000余名學生參加了該活動。它還在芝加哥大學設(shè)立長期量子博士后項目，推行“機構(gòu)—項目—人才”一體化培養(yǎng)模式。谷歌、摩根大通等企業(yè)推出在線量子教育課程，直接參與量子高等教育課程設(shè)置，并提供實習機會。此外，企業(yè)還通過為現(xiàn)有STEM工程師提供短期量子科技培訓，推行量子工程師資格認證的方式，實現(xiàn)現(xiàn)有STEM人才的快速轉(zhuǎn)型。

　　許多國家定期監(jiān)測評估量子教育效果及人才需求。如美國國家科學基金會在實施國家量子計劃期間，每兩年對量子科技領(lǐng)域勞動力需求、趨勢和教育能力進行全面、系統(tǒng)的監(jiān)測和研究。日本根據(jù)量子科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展動向及時評估人才需求和供應趨勢，認為目前從事量子研究的高端人才在百人左右，而未來十年內(nèi)需要達到千人才能與他國競爭。

　　許多國家重視加強量子科技的國際合作。韓國向發(fā)達國家派遣青年研究人員，直接參與海外研發(fā)項目。歐美等國通過取長補短、強強聯(lián)合等方式在標準制定、數(shù)據(jù)共享、供應鏈、出口管制和技術(shù)方法等領(lǐng)域全面開展政府層面戰(zhàn)略合作。高等教育機構(gòu)和企業(yè)界在科研開發(fā)、人才培養(yǎng)等方面開展跨國合作。

　　除了加強自身培養(yǎng)，各國還在全球范圍內(nèi)積極吸引量子科技專業(yè)人才，加強人才引進的力度。2021年，美國國家科學技術(shù)委員會就專門發(fā)布《國際人才在量子信息科學中的作用》報告，呼吁量子行業(yè)需要從全球人才庫中吸引優(yōu)秀的高素質(zhì)專業(yè)人才，并制定相關(guān)人才引進和補助政策，在人工智能、量子信息等新興技術(shù)領(lǐng)域放寬科技移民政策。澳大利亞優(yōu)化簽證和移民政策，意圖吸引并留住量子物理、量子計算的全球頂尖人才。日本電信電話公司甚至在美國硅谷開設(shè)量子計算科學研究所，直接招募美名校畢業(yè)生。

　　從全球范圍看，可以預見的是，隨著量子科技產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，將需要更多相關(guān)人才。政府、學術(shù)機構(gòu)和企業(yè)都需要在教育和勞動力計劃方面進行遠期投資，以便為個人提供在快速發(fā)展的量子領(lǐng)域工作所需要的技能和知識。與此同時，培養(yǎng)專業(yè)的人才參與制定量子標準和法規(guī)，確保安全、負責任地開發(fā)和部署量子技術(shù)也成為緊迫的任務。

　　【科普】為第二次量子革命奠定基礎(chǔ)

　　量子力學從上世紀初誕生以來，催生了晶體管、激光等重大發(fā)明，這被科學界稱為第一次量子革命。近來，以量子計算和量子通信為代表的第二次量子革命又在興起。瑞典皇家科學院在2022年的諾獎公報中曾說，三位物理學獎獲獎者在量子糾纏實驗方面的貢獻，“為當前量子技術(shù)領(lǐng)域正發(fā)生的革命奠定了基礎(chǔ)”。

　　量子糾纏長期是量子力學中最具爭議的問題之一。量子糾纏是一種奇怪的量子力學現(xiàn)象，處于糾纏態(tài)的兩個量子不論相距多遠都存在一種關(guān)聯(lián)，其中一個量子狀態(tài)發(fā)生改變，另一個的狀態(tài)會瞬時發(fā)生相應改變。

　　在很長一段時間里，以愛因斯坦為代表的部分物理學家對量子糾纏持懷疑態(tài)度，愛因斯坦稱其為“鬼魅般的超距作用”。他們認為量子理論是“不完備”的，糾纏的粒子之間存在著某種人類還沒觀察到的相互作用或信息傳遞，也就是“隱變量”。

　　20世紀60年代，物理學家約翰·貝爾提出可用來驗證量子力學的“貝爾不等式”。如果貝爾不等式始終成立，那么量子力學可能被其他理論替代。

　　為了對貝爾不等式進行驗證，美國科學家約翰·克勞澤設(shè)計了相關(guān)實驗，其中使用特殊的光照射鈣原子，由此發(fā)射糾纏的光子，再使用濾光片來測量光子的偏振狀態(tài)。經(jīng)過一系列測量，克勞澤能夠證明實驗結(jié)果違反了貝爾不等式，且與量子力學預測相符。

　　但這個實驗具有局限性，原因包括實驗裝置在產(chǎn)生和捕獲粒子方面效率較低、濾光片處于固定角度等。在此基礎(chǔ)上，法國科學家阿蘭·阿斯佩設(shè)計了新版本的實驗，測量效果更好。阿斯佩填補了克勞澤實驗的重要漏洞，并提供了一個非常明確的結(jié)果：量子力學是正確的，且沒有“隱變量”。

　　奧地利科學家安東·蔡林格后來對貝爾不等式進行了更多的實驗驗證。其中一項實驗使用了來自遙遠星系的信號來控制濾波器，確保信號不會相互影響，進一步證實了量子力學的正確性。蔡林格和同事還利用量子糾纏展示了一種稱為量子隱形傳態(tài)的現(xiàn)象，即將量子態(tài)從一個粒子轉(zhuǎn)移到另一個粒子。其團隊還在量子通信等方面有諸多研究進展。

　　其中一項重要成果就是，2017年中國與奧地利科學家借助中國的“墨子號”量子衛(wèi)星，成功實施世界首次量子保密的洲際視頻通話。這也是為什么諾貝爾物理學獎評委托爾斯·漢斯·漢森在現(xiàn)場解讀獲獎成果時，展示了一張含有中國量子衛(wèi)星的圖片，其上顯示了中國和歐洲之間的洲際量子通信實驗。

　　（據(jù)新華社）

　　《光明日報》（2023年11月16日 14版）