光子盒研究院出品
隨著新學(xué)期的到來(lái)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院獲教育部批準(zhǔn)新增設(shè)5個(gè)專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)，其中包括“量子信息科學(xué)”，這是量子信息科學(xué)首次步入中國(guó)專(zhuān)科教育。
此前，依照《普通高等中學(xué)專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)設(shè)置管理規(guī)定》，教育部組織舉辦了2020年度普通高等中學(xué)專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)設(shè)置和調(diào)整工作。經(jīng)申報(bào)、公示、審核等程序，按照高等中學(xué)專(zhuān)業(yè)設(shè)置與教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)評(píng)議結(jié)果，教育部現(xiàn)已確定同意設(shè)置的備案專(zhuān)業(yè)、國(guó)家控制布點(diǎn)專(zhuān)業(yè)和仍未納入專(zhuān)業(yè)目錄的新專(zhuān)業(yè)名單，并對(duì)普通高等中學(xué)專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)目錄進(jìn)行更新。
此次專(zhuān)業(yè)設(shè)置和調(diào)整工作，中國(guó)農(nóng)大申報(bào)了“工程數(shù)學(xué)”等4個(gè)備案專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)、“量子信息科學(xué)”等3個(gè)目錄外新專(zhuān)業(yè)，其中4個(gè)備案專(zhuān)業(yè)全部獲準(zhǔn)，3個(gè)目錄外新專(zhuān)業(yè)中只有“量子信息科學(xué)”成功獲準(zhǔn)。
教育部《列入普通高等中學(xué)專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)目錄的新專(zhuān)業(yè)名單（2021年）》如下：
依據(jù)《2020年度普通高等中學(xué)專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)備案和審批結(jié)果》，全省所有的院校中有且只有中國(guó)農(nóng)大申報(bào)了“量子信息科學(xué)”專(zhuān)業(yè)。這一里程碑風(fēng)波表明了兩點(diǎn)：一是中國(guó)農(nóng)大在量子信息科學(xué)領(lǐng)域不可替代的領(lǐng)先地位，二是中國(guó)對(duì)量子信息科學(xué)前所未有的注重程度。
幾六年來(lái)，中國(guó)農(nóng)大見(jiàn)證了中國(guó)量子信息科學(xué)從萌芽到起步再到發(fā)展壯大的過(guò)程。
1984年，當(dāng)時(shí)還是中國(guó)農(nóng)大講師的郭光燦借助從中學(xué)申請(qǐng)到的2000元，組織舉辦了第一次量子光學(xué)會(huì)議。這是中國(guó)量子信息科學(xué)的萌芽。1990年，量子光學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)創(chuàng)立，掛靠在中國(guó)農(nóng)大。
90年代，得益于前期量子光學(xué)研究的基礎(chǔ)，郭光燦團(tuán)隊(duì)成為最早舉辦量子信息科學(xué)研究的團(tuán)隊(duì)之一。1997年，他與博士研究生段路明合作提出了量子避錯(cuò)編碼方式，用于克服量子估算的一個(gè)最主要障礙———消相干問(wèn)題。次年，她們又提出了量子機(jī)率克隆原理，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。
1998年，在錢(qián)學(xué)森、王大珩的支持下，郭光燦在香山科學(xué)會(huì)議上作了關(guān)于量子信息的主題報(bào)告，導(dǎo)致了國(guó)外學(xué)術(shù)界的注重。
1999年，郭光燦在中國(guó)農(nóng)大構(gòu)建了量子通訊與量子估算開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，三年后，成為中科院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
同年，從中國(guó)農(nóng)大結(jié)業(yè)的潘建偉作為第二作者的量子態(tài)隱型傳輸實(shí)驗(yàn)取得了“量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”，這個(gè)實(shí)驗(yàn)被公覺(jué)得量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的開(kāi)山之作，并被《自然》雜志譽(yù)為“百年化學(xué)學(xué)21篇精典論文”之一。
2000年，郭光燦團(tuán)隊(duì)提出一種便于克服光腔消相干影響的量子處理器，借助光腔實(shí)現(xiàn)兩個(gè)原子糾纏。隨即，泰國(guó)的Serge（諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)得主）實(shí)驗(yàn)證明了她們的方案。
2001年，郭光燦申報(bào)的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（科技部973計(jì)劃）項(xiàng)目獲準(zhǔn)。該項(xiàng)目的施行成為中國(guó)量子信息研究的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。“量子通訊與量子信息技術(shù)”項(xiàng)目由郭光燦任首席科學(xué)家，研究重點(diǎn)包括量子密碼、量子互聯(lián)網(wǎng)、量子估算和量子信息數(shù)學(xué)學(xué)等。截至2006年9月項(xiàng)目初驗(yàn)，先后有252人出席了該項(xiàng)目的研究。
同年，潘建偉作為“中科院引進(jìn)美國(guó)杰出人才”回國(guó)，在中科院的支持下，成立自己的量子化學(xué)與量子信息實(shí)驗(yàn)室。
經(jīng)中科院與中國(guó)農(nóng)大批準(zhǔn)，在國(guó)外成立實(shí)驗(yàn)室的同時(shí)，潘建偉繼續(xù)在維也納學(xué)院從事多光子糾纏方面的合作研究，其間完成“自由量子態(tài)隱型傳輸”實(shí)驗(yàn)。
2003年在中學(xué)與主管部門(mén)的支持下，潘建偉又以客座院士身分到美國(guó)海德堡學(xué)院從事量子儲(chǔ)存方面的合作研究。2008年，在量子儲(chǔ)存與量子中繼技術(shù)領(lǐng)域已處于國(guó)際領(lǐng)先的潘建偉團(tuán)隊(duì)，連同她們?cè)诤５卤W(xué)院的4個(gè)實(shí)驗(yàn)室的裝置，整體回歸中國(guó)農(nóng)大。
潘建偉團(tuán)隊(duì)于2004年實(shí)現(xiàn)對(duì)五光子糾纏的操縱，到2018年實(shí)現(xiàn)18個(gè)光量子比特超糾纏態(tài)的實(shí)驗(yàn)制備和嚴(yán)格多體純糾纏的驗(yàn)證。
2009年，郭光燦團(tuán)隊(duì)借助雙向量子保密通訊方案與設(shè)備以及量子保密通訊網(wǎng)路的核心組網(wǎng)技術(shù)，在廣東九江建成世界首個(gè)量子政務(wù)網(wǎng)，用于傳送保密文件等。2011年，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)成功從西安到南昌200千米的城際量子密碼通訊網(wǎng)路。
2015年，同樣來(lái)自中國(guó)農(nóng)大的杜江峰團(tuán)隊(duì)使用最新的量子操控技術(shù)，基于磚石量子探針和載流子量子干涉儀偵測(cè)原理，實(shí)現(xiàn)了單分子磁共振的突破。將電子順磁共振技術(shù)碼率從毫米推動(dòng)到納米。
2016年，以潘建偉為首席科學(xué)家的“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射升空。
2017年，由潘建偉團(tuán)隊(duì)承當(dāng)?shù)牧孔颖Ｃ芡ㄓ崱熬删€”正式開(kāi)通，并結(jié)合其與“墨子號(hào)”的天地鏈路，成功演示了上海與德國(guó)維也納之間的洲際量子保密通訊。同年，潘建偉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合其他研究組借助“墨子號(hào)”在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)星地單向量子糾纏分發(fā)。
過(guò)去一年，中國(guó)農(nóng)大在量子信息科學(xué)領(lǐng)域更是成績(jī)卓著。
今年3月，實(shí)現(xiàn)500公里量級(jí)真實(shí)環(huán)境光纖的雙場(chǎng)量子秘鑰分發(fā)(TF-QKD)和相位匹配量子秘鑰分發(fā)(PM-QKD)；6月，借助“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)基于糾纏的量子秘鑰分發(fā)；8月，首次實(shí)現(xiàn)了高保真度32維量子糾纏態(tài)；11月，開(kāi)發(fā)了71個(gè)格點(diǎn)的超冷原子光晶格量子模擬器，對(duì)量子電動(dòng)熱學(xué)多項(xiàng)式施溫格模型進(jìn)行了成功模擬；借助多光子量子糾纏在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)分布式量子相位恐怕的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這為將來(lái)建立基于量子網(wǎng)路的高精度量子傳感器奠定基礎(chǔ)。
12月，首次在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了基于遠(yuǎn)距離自由空間信道的檢測(cè)設(shè)備無(wú)關(guān)量子秘鑰分發(fā)(MDI-QKD)實(shí)驗(yàn)；借助六光子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了高效的高維量子隱型傳態(tài)；建立了76個(gè)光子的量子估算靶機(jī)“九章”，實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)用前景的“高斯玻色采樣”任務(wù)的快速求解，比超級(jí)計(jì)算機(jī)快100萬(wàn)億倍；全球首個(gè)可聯(lián)通量子衛(wèi)星地面站，在北京與“墨子號(hào)”衛(wèi)星對(duì)接成功。
明年1月，首次實(shí)現(xiàn)11公里的遠(yuǎn)距離量子糾纏純化，純化效率比此前國(guó)際最好水平提高了6000多倍；在滬寧干線與“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星成功對(duì)接的基礎(chǔ)上，建立了世界上首個(gè)集成700多條地面光纖QKD鏈路和兩個(gè)星地自由空間高速Q(mào)KD鏈路的廣域量子通訊網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)地面跨徑4600公里的天地一體化量子通訊網(wǎng)路；2月，發(fā)覺(jué)基元物理反應(yīng)中載流子軌道分波的量子干涉現(xiàn)象，闡明了電子載流子-軌道互相作用對(duì)物理反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響。
商業(yè)化方面，交大系也搶占了中國(guó)量子信息領(lǐng)域的半壁江山。2009年，在中科大資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限責(zé)任公司（交大控股）支持下，潘建偉和郭光燦作為創(chuàng)始人分別創(chuàng)立了國(guó)盾量子和問(wèn)天量子。
2017年前后，依托中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰教授團(tuán)隊(duì)技術(shù)創(chuàng)立國(guó)儀量子，主攻量子精密檢測(cè)；郭光燦團(tuán)隊(duì)的郭國(guó)平則轉(zhuǎn)化出了本源量子，旨在于量子估算。
據(jù)悉，中科大還相繼轉(zhuǎn)化出從事量子通訊網(wǎng)建設(shè)和量子雷達(dá)的國(guó)科量網(wǎng)、國(guó)耀量子，大多數(shù)采取中科大通過(guò)科技成果作價(jià)注資，同時(shí)以股份或出資比列等股權(quán)方式給與技術(shù)發(fā)明人獎(jiǎng)勵(lì)的方式籌建。
其中，“量子信息第一股”國(guó)盾量子已成功上市。而最受矚目的量子估算領(lǐng)域，本源量子推出第一臺(tái)6比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，以及國(guó)外第一個(gè)量子估算操作系統(tǒng)。
現(xiàn)在，隨著中國(guó)農(nóng)大“第一個(gè)吃龍蝦”增設(shè)“量子信息科學(xué)”專(zhuān)業(yè)，又一次在中國(guó)量子信息的發(fā)展中領(lǐng)跑。
人才缺口，是影響中國(guó)量子信息科學(xué)發(fā)展的主要障礙之一。
2018年，倫敦晨報(bào)曾報(bào)導(dǎo)“全球真正的量子估算科研人員不過(guò)寥寥萬(wàn)人”。其實(shí)這一論斷的仍未可知確切性，但卻細(xì)膩地道出了量子估算領(lǐng)域人才過(guò)剩的現(xiàn)象。
在去年5月的復(fù)旦學(xué)院AITime峰會(huì)上，中科院估算所孫曉明研究員介紹了量子估算人才的培養(yǎng)與儲(chǔ)備。目前，量子估算領(lǐng)域的研究者還極少，人員的數(shù)目級(jí)大致只在千級(jí)規(guī)模，其中數(shù)學(xué)背景的研究者占到三分之二以上，還須要好多計(jì)算機(jī)背景的研究者參與。
以前做過(guò)一個(gè)調(diào)查，她們發(fā)覺(jué)2016年6月至2018年7月期間公開(kāi)發(fā)布的量子估算職位空缺降低了六倍。2016年6月1日職位空缺只有35個(gè)，截止2019年12月，這一數(shù)字已躍升至283個(gè)。
2020年初，美國(guó)量子估算初創(chuàng)公司預(yù)計(jì)，“在未來(lái)18個(gè)月內(nèi)，該行業(yè)還須要150-200名量子工程師。相比之下，布里斯托爾學(xué)院的博士培訓(xùn)中心每年培養(yǎng)大概10名合格的工程師。”
按照統(tǒng)計(jì)，近日全球范圍內(nèi)急聘量子估算相關(guān)職位有464個(gè)，再者還有31家研究機(jī)構(gòu)和院校正在急聘博士后。
據(jù)悉，光子盒通過(guò)在領(lǐng)英上檢索發(fā)覺(jué)，與關(guān)鍵詞“(量子信息)”相關(guān)的有13.3千人，與關(guān)鍵詞“(量子估算)”相關(guān)的有7.3千人。
而在檢索英文“量子信息”時(shí)，只有946人與之相關(guān)，其中還不乏一些行政人員，與“量子估算”相關(guān)的也只有389人。可以簡(jiǎn)略地看出，中國(guó)在量子人才數(shù)目方面落后于歐美。
實(shí)際上，國(guó)家層面早已意識(shí)到了量子信息人才的匱乏，在今年10月的中共中央政治局集體學(xué)習(xí)大會(huì)指出，要統(tǒng)籌量子科技領(lǐng)域人才、基地、項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)全要素一體化配置，推動(dòng)深化量子科技重大項(xiàng)目施行。
去年教育部專(zhuān)業(yè)設(shè)置和調(diào)整工作，中國(guó)農(nóng)大第一次申報(bào)新增設(shè)“量子信息科學(xué)”本科專(zhuān)業(yè)就成功獲準(zhǔn)，彰顯了高層對(duì)量子信息科學(xué)發(fā)展前所未有的注重。
量子信息教育日趨低幼化。2020年8月，日本國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）和白宮科學(xué)技術(shù)新政辦公室（OSTP）以及各種量子估算校企組織構(gòu)建了國(guó)家Q-12教育合作伙伴關(guān)系，專(zhuān)注于為K-12階段的中學(xué)生提供量子教育。
國(guó)家Q-12教育伙伴關(guān)系承諾在未來(lái)六年內(nèi)與英國(guó)的教育工作者合作，確保一個(gè)強(qiáng)悍的量子學(xué)習(xí)環(huán)境，該計(jì)劃內(nèi)容包括開(kāi)發(fā)量子教育教材教具，以及量子行業(yè)就業(yè)指導(dǎo)等。NSF將提供近100萬(wàn)歐元的資金來(lái)支持該計(jì)劃。
今年，日本早已舉行了多個(gè)面向青少年的量子信息科學(xué)冬令營(yíng)，包括哈里斯堡學(xué)院量子估算大學(xué)面向14-18歲中學(xué)生的暑假課程；由麻省理工大學(xué)量子估算概論課程講師Amir領(lǐng)導(dǎo)的Code?冬令營(yíng)；IBM全球暑假校區(qū)。
在英國(guó)，商業(yè)公司早已成為促使量子教育發(fā)展的主力，非常是IBM。
IBM的教育計(jì)劃幾乎囊括各層次不同需求的人群。針對(duì)小學(xué)生，IBM推出k-12中學(xué)生的量子教育課程；針對(duì)院校中學(xué)生群體，IBM有冬季量子大專(zhuān)生研究項(xiàng)目和冬季實(shí)習(xí)計(jì)劃；針對(duì)須要更深入研究的項(xiàng)目研究人員，IBM有量子研究人員計(jì)劃。更進(jìn)一步的是，為促進(jìn)全球的量子教育普及，IBM發(fā)起了面向全球5000名小學(xué)生的免費(fèi)量子教育課程。另外，為了讓少數(shù)族群也能擁有公正的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，IBM與傳統(tǒng)白人學(xué)院合作舉辦量子教育。
而在國(guó)外，也有這樣一群人在促進(jìn)國(guó)外量子教育的發(fā)展。
例如，本源量子先后推出了量子估算在線教育平臺(tái)——本源溯知、第一代量子學(xué)習(xí)機(jī)、專(zhuān)業(yè)的量子估算與編程教材《量子估算與編程入門(mén)》、量子估算全數(shù)學(xué)體系學(xué)習(xí)機(jī)，同時(shí)向社會(huì)大眾開(kāi)放了量子估算教育科普基地——本源量子估算體驗(yàn)中心。
本源量子估算體驗(yàn)中心
問(wèn)天量子提供專(zhuān)業(yè)的量子教育硬件產(chǎn)品，包括量子糾纏光源、量子密碼研究平臺(tái)QCRP以及電子學(xué)儀器TDC等量子物理專(zhuān)業(yè)就業(yè)前景，并提供與硬件系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的虛擬仿真軟件Qsim和Qlab，產(chǎn)生軟硬結(jié)合的教育產(chǎn)品體系。2020年，問(wèn)天量子教育云平臺(tái)上線。
國(guó)儀量子推出了面向大眾的金鋼石量子估算教學(xué)機(jī)和基于該產(chǎn)品的量子估算實(shí)驗(yàn)課堂整體解決方案。該產(chǎn)品具有可用于通用量子估算的兩比特，可以進(jìn)行量子比特演示、量子邏輯門(mén)操作、量子疊加態(tài)演變和精典量子算法演示。目前產(chǎn)品已成功交付至成都學(xué)院、南京學(xué)院等多個(gè)國(guó)外院校，最近更是步入了廣東省惠山中級(jí)學(xué)校的課堂。
量旋科技的首臺(tái)桌面型核磁共振量子計(jì)算機(jī)（2比特）“雙子座”同樣用于量子熱學(xué)和量子信息方面的課程教學(xué)。已與北大學(xué)院、北京理工學(xué)院、北京師范學(xué)院、四川師范學(xué)院等多家院校達(dá)成戰(zhàn)略合同。近來(lái)順利交付日本中原學(xué)院實(shí)驗(yàn)室，成功完成設(shè)備調(diào)試等工作。
目前量子物理專(zhuān)業(yè)就業(yè)前景，全球量子信息以博士教育為主，也有一些院校在碩士階段籌建量子信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)，但并不是主流。同時(shí)，商業(yè)公司主要舉辦量子信息科學(xué)的普及教育。因而，二者之間存在一片空白地帶，隨著“量子信息科學(xué)”本科專(zhuān)業(yè)的籌建，這片空白將被彌補(bǔ)。
不出意外的話，去年9月就將迎來(lái)第一批“量子信息科學(xué)”本科生。這么，量子信息科學(xué)的專(zhuān)科教育是如何的？光子盒了解到，佛羅里達(dá)學(xué)院奧斯汀校區(qū)已有相關(guān)的專(zhuān)科課程，包括物理和硬件兩個(gè)分支。
物理分支包括：
量子與精典復(fù)雜性理論
量子信息科學(xué)概論
硬件分支包括：
第一年自然科學(xué)大學(xué)新生研究計(jì)劃（FRI）
第二年為30名CNS新生提供為期一年的課程的：
夏季量子信息基礎(chǔ)
夏天實(shí)驗(yàn)量子光學(xué)（可選）
夏季量子編程
之后，再來(lái)看中國(guó)農(nóng)大的量子信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)，此專(zhuān)業(yè)屬于數(shù)學(xué)學(xué)類(lèi)，將在中國(guó)農(nóng)大化學(xué)大學(xué)籌建，專(zhuān)業(yè)代碼，與數(shù)學(xué)學(xué)()和應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)()同為二級(jí)學(xué)科。目前化學(xué)大學(xué)量子信息方向的碩導(dǎo)有47位，但專(zhuān)科方面的師資尚不清楚。
實(shí)際上，作為一門(mén)交叉學(xué)科，量子信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)的開(kāi)辦并非只有一條路。
在復(fù)旦學(xué)院AITime峰會(huì)上，復(fù)旦學(xué)院交叉信息研究院馬雄峰副院長(zhǎng)提出可以根據(jù)數(shù)學(xué)背景和計(jì)算機(jī)背景去界定人才：化學(xué)背景的研究者可能偏重于塑造量子計(jì)算機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)路徑是學(xué)完四大熱學(xué)之后按部就班地做實(shí)驗(yàn)；而計(jì)算機(jī)背景的人才著重于使用量子計(jì)算機(jī)。
據(jù)悉，教育部將“量子信息科學(xué)”專(zhuān)業(yè)納入普通高等中學(xué)專(zhuān)科專(zhuān)業(yè)目錄，也意味著未來(lái)會(huì)有更多院校開(kāi)辦這一專(zhuān)業(yè)。其中，復(fù)旦學(xué)院、北京學(xué)院、南京學(xué)院、浙江學(xué)院、南工大、上海師大等量子信息科學(xué)研究領(lǐng)先的院校可能性最大。
去年暑假，南工大舉行的“量子信息科學(xué)”冬季中學(xué)已提早為該領(lǐng)域的專(zhuān)科教育預(yù)熱，這次夏季中學(xué)的主要講課對(duì)象為國(guó)外量子信息科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的高年級(jí)大專(zhuān)生、研究生、博士后。
今天早上，2021年政府工作報(bào)告就將在全省人大審議，而量子信息科學(xué)或有望首次出現(xiàn)在政府工作報(bào)告中。
目前，總投入1000萬(wàn)元的量子信息科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在如火如荼地建設(shè)。隨著國(guó)家在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的投資越來(lái)越大，推動(dòng)量子信息教育發(fā)展早已刻不容緩。
參考文獻(xiàn)：
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