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領域，而人才培養(yǎng)是贏得競爭的關鍵。隨著量子科技研究快速發(fā)展和初創(chuàng)企業(yè)增加，相關人才需求激增。同時，由量子技術進步引發(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，加快量子技術從基礎研究到商業(yè)化的進程。如英國“國家量子技術專項”、德國“國家量子技術框架計劃”、歐盟“量子技術旗艦項目”、美國“國家量子計劃法案”、日本“量子技術創(chuàng)新戰(zhàn)略”、澳大利亞“量子技術產(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域競爭中的優(yōu)勢地位。

　　但量子科技領域的人才培養(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，學術門檻高，相關產(chǎn)業(yè)尚未完善，各國的人才培養(yǎng)體系并不健全，開設本科、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所高校開設量子技術碩士學位；2021年哈佛大學才開設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，所涉及的技術范圍較廣，在基礎研究、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備。

　　三是缺少相關STEM人才支撐。與量子研究密切相關的物理、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；日本著力構建從幼年時期就廣泛接觸量子技術的環(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量子物理和現(xiàn)代量子技術課程等。

　　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校或量子夏令營，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；第四級為相關者，是指擁有量子行業(yè)所需技能的專業(yè)人士，如電路設計、先進制造業(yè)等。

　　高等教育機構還通過聯(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，該機構成員單位已經(jīng)橫跨學術界、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立長期量子博士后項目，推行“機構—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、出口管制和技術方法等領域全面開展政府層面戰(zhàn)略合作。高等教育機構和企業(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，并制定相關人才引進和補助政策，在人工智能、量子信息等新興技術領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，將需要更多相關人才。政府、學術機構和企業(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)和部署量子技術也成為緊迫的任務。

　　【科普】為第二次量子革命奠定基礎

　　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，“為當前量子技術領域正發(fā)生的革命奠定了基礎”。

　　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·克勞澤設計了相關實驗，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。在此基礎上，法國科學家阿蘭·阿斯佩設計了新版本的實驗，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）