光子盒研究院出品
隨著新學(xué)期的到來，中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院獲教育部批準(zhǔn)新增設(shè)5個專科專業(yè)，其中包括“量子信息科學(xué)”，這是量子信息科學(xué)首次步入中國專科教育。
此前，依照《普通高等中學(xué)專科專業(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)專科專業(yè)設(shè)置和調(diào)整工作。經(jīng)申報、公示、審核等程序，按照高等中學(xué)專業(yè)設(shè)置與教學(xué)指導(dǎo)委員會評議結(jié)果，教育部現(xiàn)已確定同意設(shè)置的備案專業(yè)、國家控制布點專業(yè)和仍未納入專業(yè)目錄的新專業(yè)名單，并對普通高等中學(xué)專科專業(yè)目錄進(jìn)行更新。
此次專業(yè)設(shè)置和調(diào)整工作，中國農(nóng)大申報了“工程數(shù)學(xué)”等4個備案專科專業(yè)、“量子信息科學(xué)”等3個目錄外新專業(yè)，其中4個備案專業(yè)全部獲準(zhǔn)，3個目錄外新專業(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)專科專業(yè)目錄的新專業(yè)名單（2021年）》如下：
依據(jù)《2020年度普通高等中學(xué)專科專業(yè)備案和審批結(jié)果》，全省所有的院校中有且只有中國農(nóng)大申報了“量子信息科學(xué)”專業(yè)。這一里程碑風(fēng)波表明了兩點：一是中國農(nóng)大在量子信息科學(xué)領(lǐng)域不可替代的領(lǐng)先地位，二是中國對量子信息科學(xué)前所未有的注重程度。
幾六年來，中國農(nóng)大見證了中國量子信息科學(xué)從萌芽到起步再到發(fā)展壯大的過程。
1984年，當(dāng)時還是中國農(nóng)大講師的郭光燦借助從中學(xué)申請到的2000元，組織舉辦了第一次量子光學(xué)會議。這是中國量子信息科學(xué)的萌芽。1990年，量子光學(xué)專業(yè)委員會創(chuàng)立，掛靠在中國農(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)隊成為最早舉辦量子信息科學(xué)研究的團(tuán)隊之一。1997年，他與博士研究生段路明合作提出了量子避錯編碼方式，用于克服量子估算的一個最主要障礙———消相干問題。次年，她們又提出了量子機(jī)率克隆原理，并通過實驗實現(xiàn)。
1998年，在錢學(xué)森、王大珩的支持下，郭光燦在香山科學(xué)會議上作了關(guān)于量子信息的主題報告，導(dǎo)致了國外學(xué)術(shù)界的注重。
1999年，郭光燦在中國農(nóng)大構(gòu)建了量子通訊與量子估算開放實驗室，三年后，成為中科院重點實驗室。
同年，從中國農(nóng)大結(jié)業(yè)的潘建偉作為第二作者的量子態(tài)隱型傳輸實驗取得了“量子信息實驗領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”，這個實驗被公覺得量子信息實驗領(lǐng)域的開山之作，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，借助光腔實現(xiàn)兩個原子糾纏。隨即，泰國的Serge（諾貝爾化學(xué)學(xué)獎得主）實驗證明了她們的方案。
2001年，郭光燦申報的國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（科技部973計劃）項目獲準(zhǔn)。該項目的施行成為中國量子信息研究的重要轉(zhuǎn)折點。“量子通訊與量子信息技術(shù)”項目由郭光燦任首席科學(xué)家，研究重點包括量子密碼、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月項目初驗，先后有252人出席了該項目的研究。
同年，潘建偉作為“中科院引進(jìn)美國杰出人才”回國，在中科院的支持下，成立自己的量子化學(xué)與量子信息實驗室。
經(jīng)中科院與中國農(nóng)大批準(zhǔn)，在國外成立實驗室的同時，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”實驗。
2003年在中學(xué)與主管部門的支持下，潘建偉又以客座院士身分到美國海德堡學(xué)院從事量子儲存方面的合作研究。2008年，在量子儲存與量子中繼技術(shù)領(lǐng)域已處于國際領(lǐng)先的潘建偉團(tuán)隊，連同她們在海德堡學(xué)院的4個實驗室的裝置，整體回歸中國農(nóng)大。
潘建偉團(tuán)隊于2004年實現(xiàn)對五光子糾纏的操縱，到2018年實現(xiàn)18個光量子比特超糾纏態(tài)的實驗制備和嚴(yán)格多體純糾纏的驗證。
2009年，郭光燦團(tuán)隊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量子政務(wù)網(wǎng)，用于傳送保密文件等。2011年，該團(tuán)隊研發(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，同樣來自中國農(nóng)大的杜江峰團(tuán)隊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原理，實現(xiàn)了單分子磁共振的突破。將電子順磁共振技術(shù)碼率從毫米推動到納米。
2016年，以潘建偉為首席科學(xué)家的“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星成功發(fā)射升空。
2017年，由潘建偉團(tuán)隊承當(dāng)?shù)牧孔颖Ｃ芡ㄓ崱熬删€”正式開通，并結(jié)合其與“墨子號”的天地鏈路，成功演示了上海與德國維也納之間的洲際量子保密通訊。同年，潘建偉團(tuán)隊聯(lián)合其他研究組借助“墨子號”在國際上率先實現(xiàn)千公里級星地單向量子糾纏分發(fā)。
過去一年，中國農(nóng)大在量子信息科學(xué)領(lǐng)域更是成績卓著。
今年3月，實現(xiàn)500公里量級真實環(huán)境光纖的雙場量子秘鑰分發(fā)(TF-QKD)和相位匹配量子秘鑰分發(fā)(PM-QKD)；6月，借助“墨子號”量子衛(wèi)星在國際上首次實現(xiàn)千公里級基于糾纏的量子秘鑰分發(fā)；8月，首次實現(xiàn)了高保真度32維量子糾纏態(tài)；11月，開發(fā)了71個格點的超冷原子光晶格量子模擬器，對量子電動熱學(xué)多項式施溫格模型進(jìn)行了成功模擬；借助多光子量子糾纏在國際上首次實現(xiàn)分布式量子相位恐怕的實驗驗證，這為將來建立基于量子網(wǎng)路的高精度量子傳感器奠定基礎(chǔ)。
12月，首次在國際上實現(xiàn)了基于遠(yuǎn)距離自由空間信道的檢測設(shè)備無關(guān)量子秘鑰分發(fā)(MDI-QKD)實驗；借助六光子系統(tǒng)實驗實現(xiàn)了高效的高維量子隱型傳態(tài)；建立了76個光子的量子估算靶機(jī)“九章”，實現(xiàn)了具有實用前景的“高斯玻色采樣”任務(wù)的快速求解，比超級計算機(jī)快100萬億倍；全球首個可聯(lián)通量子衛(wèi)星地面站，在北京與“墨子號”衛(wèi)星對接成功。
明年1月，首次實現(xiàn)11公里的遠(yuǎn)距離量子糾纏純化，純化效率比此前國際最好水平提高了6000多倍；在滬寧干線與“墨子號”量子衛(wèi)星成功對接的基礎(chǔ)上，建立了世界上首個集成700多條地面光纖QKD鏈路和兩個星地自由空間高速Q(mào)KD鏈路的廣域量子通訊網(wǎng)路，實現(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-軌道互相作用對物理反應(yīng)動力學(xué)過程的影響。
商業(yè)化方面，交大系也搶占了中國量子信息領(lǐng)域的半壁江山。2009年，在中科大資產(chǎn)經(jīng)營有限責(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)立了國盾量子和問天量子。
2017年前后，依托中科院微觀磁共振重點實驗室杜江峰教授團(tuán)隊技術(shù)創(chuàng)立國儀量子，主攻量子精密檢測；郭光燦團(tuán)隊的郭國平則轉(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)的國科量網(wǎng)、國耀量子，大多數(shù)采取中科大通過科技成果作價注資，同時以股份或出資比列等股權(quán)方式給與技術(shù)發(fā)明人獎勵的方式籌建。
其中，“量子信息第一股”國盾量子已成功上市。而最受矚目的量子估算領(lǐng)域，本源量子推出第一臺6比特超導(dǎo)量子計算機(jī)，以及國外第一個量子估算操作系統(tǒng)。
現(xiàn)在，隨著中國農(nóng)大“第一個吃龍蝦”增設(shè)“量子信息科學(xué)”專業(yè)，又一次在中國量子信息的發(fā)展中領(lǐng)跑。
人才缺口，是影響中國量子信息科學(xué)發(fā)展的主要障礙之一。
2018年，倫敦晨報曾報導(dǎo)“全球真正的量子估算科研人員不過寥寥萬人”。其實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)域人才過剩的現(xiàn)象。
在去年5月的復(fù)旦學(xué)院AITime峰會上，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)與儲備。目前，量子估算領(lǐng)域的研究者還極少，人員的數(shù)目級大致只在千級規(guī)模，其中數(shù)學(xué)背景的研究者占到三分之二以上，還須要好多計算機(jī)背景的研究者參與。
以前做過一個調(diào)查，她們發(fā)覺2016年6月至2018年7月期間公開發(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，截止2019年12月，這一數(shù)字已躍升至283個。
2020年初，美國量子估算初創(chuàng)公司預(yù)計，“在未來18個月內(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，近日全球范圍內(nèi)急聘量子估算相關(guān)職位有464個，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，光子盒通過在領(lǐng)英上檢索發(fā)覺，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，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。可以簡略地看出，中國在量子人才數(shù)目方面落后于歐美。
實際上，國家層面早已意識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)大會指出，要統(tǒng)籌量子科技領(lǐng)域人才、基地、項目，實現(xiàn)全要素一體化配置，推動深化量子科技重大項目施行。
去年教育部專業(yè)設(shè)置和調(diào)整工作，中國農(nóng)大第一次申報新增設(shè)“量子信息科學(xué)”本科專業(yè)就成功獲準(zhǔn)，彰顯了高層對量子信息科學(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，日本國家科學(xué)基金會（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)建了國家Q-12教育合作伙伴關(guān)系，專注于為K-12階段的中學(xué)生提供量子教育。
國家Q-12教育伙伴關(guān)系承諾在未來六年內(nèi)與英國的教育工作者合作，確保一個強(qiáng)悍的量子學(xué)習(xí)環(huán)境，該計劃內(nèi)容包括開發(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100萬歐元的資金來支持該計劃。
今年，日本早已舉行了多個面向青少年的量子信息科學(xué)冬令營，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；IBM全球暑假校區(qū)。
在英國，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的教育計劃幾乎囊括各層次不同需求的人群。針對小學(xué)生，IBM推出k-12中學(xué)生的量子教育課程；針對院校中學(xué)生群體，IBM有冬季量子大專生研究項目和冬季實習(xí)計劃；針對須要更深入研究的項目研究人員，IBM有量子研究人員計劃。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，IBM與傳統(tǒng)白人學(xué)院合作舉辦量子教育。
而在國外，也有這樣一群人在促進(jìn)國外量子教育的發(fā)展。
例如，本源量子先后推出了量子估算在線教育平臺——本源溯知、第一代量子學(xué)習(xí)機(jī)、專業(yè)的量子估算與編程教材《量子估算與編程入門》、量子估算全數(shù)學(xué)體系學(xué)習(xí)機(jī)，同時向社會大眾開放了量子估算教育科普基地——本源量子估算體驗中心。
本源量子估算體驗中心
問天量子提供專業(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QCRP以及電子學(xué)儀器TDC等量子物理專業(yè)就業(yè)前景，并提供與硬件系統(tǒng)相對應(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，問天量子教育云平臺上線。
國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)品的量子估算實驗課堂整體解決方案。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)院等多個國外院校，最近更是步入了廣東省惠山中級學(xué)校的課堂。
量旋科技的首臺桌面型核磁共振量子計算機(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。近來順利交付日本中原學(xué)院實驗室，成功完成設(shè)備調(diào)試等工作。
目前量子物理專業(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)專業(yè)，但并不是主流。同時，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月就將迎來第一批“量子信息科學(xué)”本科生。這么，量子信息科學(xué)的專科教育是如何的？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)的專科課程，包括物理和硬件兩個分支。
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)
夏天實驗量子光學(xué)（可選）
夏季量子編程
之后，再來看中國農(nóng)大的量子信息科學(xué)專業(yè)，此專業(yè)屬于數(shù)學(xué)學(xué)類，將在中國農(nóng)大化學(xué)大學(xué)籌建，專業(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，但專科方面的師資尚不清楚。
實際上，作為一門交叉學(xué)科，量子信息科學(xué)專業(yè)的開辦并非只有一條路。
在復(fù)旦學(xué)院AITime峰會上，復(fù)旦學(xué)院交叉信息研究院馬雄峰副院長提出可以根據(jù)數(shù)學(xué)背景和計算機(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驗；而計算機(jī)背景的人才著重于使用量子計算機(jī)。
據(jù)悉，教育部將“量子信息科學(xué)”專業(yè)納入普通高等中學(xué)專科專業(yè)目錄，也意味著未來會有更多院校開辦這一專業(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)域的專科教育預(yù)熱，這次夏季中學(xué)的主要講課對象為國外量子信息科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的高年級大專生、研究生、博士后。
今天早上，2021年政府工作報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)在政府工作報告中。
目前，總投入1000萬元的量子信息科學(xué)國家實驗室正在如火如荼地建設(shè)。隨著國家在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的投資越來越大，推動量子信息教育發(fā)展早已刻不容緩。
參考文獻(xiàn)：
[1]丁兆君.量子信息科技在中國的發(fā)展——以中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院為例[J].自然科學(xué)史研究,2019,38(04):394-404.