光子盒研究院出品
隨著新學期的到來，中國科學技術(shù)學院獲教育部批準新增設(shè)5個專科專業(yè)，其中包括“量子信息科學”，這是量子信息科學首次步入中國專科教育。
此前，依照《普通高等中學專科專業(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，按照高等中學專業(yè)設(shè)置與教學指導委員會評議結(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，并對普通高等中學專科專業(yè)目錄進行更新。
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”等4個備案專科專業(yè)、“量子信息科學”等3個目錄外新專業(yè)，其中4個備案專業(yè)全部獲準，3個目錄外新專業(yè)中只有“量子信息科學”成功獲準。
教育部《列入普通高等中學專科專業(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”專業(yè)。這一里程碑風波表明了兩點：一是中國農(nóng)大在量子信息科學領(lǐng)域不可替代的領(lǐng)先地位，二是中國對量子信息科學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從萌芽到起步再到發(fā)展壯大的過程。
1984年，當時還是中國農(nóng)大講師的郭光燦借助從中學申請到的2000元，組織舉辦了第一次量子光學會議。這是中國量子信息科學的萌芽。1990年，量子光學專業(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研究的基礎(chǔ)，郭光燦團隊成為最早舉辦量子信息科學研究的團隊之一。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率克隆原理，并通過實驗實現(xiàn)。
1998年，在錢學森、王大珩的支持下，郭光燦在香山科學會議上作了關(guān)于量子信息的主題報告，導致了國外學術(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》雜志譽為“百年化學學21篇精典論文”之一。
2000年，郭光燦團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（諾貝爾化學學獎得主）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。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)學學等。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與量子信息實驗室。
經(jīng)中科院與中國農(nóng)大批準，在國外成立實驗室的同時，潘建偉繼續(xù)在維也納學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)先的潘建偉團隊，連同她們在海德堡學院的4個實驗室的裝置，整體回歸中國農(nóng)大。
潘建偉團隊于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)的實驗制備和嚴格多體純糾纏的驗證。
2009年，郭光燦團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網(wǎng)，用于傳送保密文件等。2011年，該團隊研發(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家的“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星成功發(fā)射升空。
2017年，由潘建偉團隊承當?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，對量子電動熱學多項式施溫格模型進行了成功模擬；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“九章”，實現(xiàn)了具有實用前景的“高斯玻色采樣”任務的快速求解，比超級計算機快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動力學過程的影響。
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隊技術(shù)創(chuàng)立國儀量子，主攻量子精密檢測；郭光燦團隊的郭國平則轉(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比特超導量子計算機，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”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發(fā)展的主要障礙之一。
2018年，倫敦晨報曾報導“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月的復旦學院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)學背景的研究者占到三分之二以上，還須要好多計算機背景的研究者參與。
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，布里斯托爾學院的博士培訓中心每年培養(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習大會指出，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”本科專業(yè)就成功獲準，彰顯了高層對量子信息科學發(fā)展前所未有的注重。
量子信息教育日趨低幼化。2020年8月，日本國家科學基金會（NSF）和白宮科學技術(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，確保一個強悍的量子學習環(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冬令營，包括哈里斯堡學院量子估算大學面向14-18歲中學生的暑假課程；由麻省理工大學量子估算概論課程講師Amir領(lǐng)導的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。針對小學生，IBM推出k-12中學生的量子教育課程；針對院校中學生群體，IBM有冬季量子大專生研究項目和冬季實習計劃；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。更進一步的是，為促進全球的量子教育普及，IBM發(fā)起了面向全球5000名小學生的免費量子教育課程。另外，為了讓少數(shù)族群也能擁有公正的學習機會，IBM與傳統(tǒng)白人學院合作舉辦量子教育。
而在國外，也有這樣一群人在促進國外量子教育的發(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、第一代量子學習機、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)學體系學習機，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機和基于該產(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院、南京學院等多個國外院校，最近更是步入了廣東省惠山中級學校的課堂。
量旋科技的首臺桌面型核磁共振量子計算機（2比特）“雙子座”同樣用于量子熱學和量子信息方面的課程教學。已與北大學院、北京理工學院、北京師范學院、四川師范學院等多家院校達成戰(zhàn)略合同。近來順利交付日本中原學院實驗室，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”本科專業(yè)的籌建，這片空白將被彌補。
不出意外的話，去年9月就將迎來第一批“量子信息科學”本科生。這么，量子信息科學的專科教育是如何的？光子盒了解到，佛羅里達學院奧斯汀校區(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：
量子與精典復雜性理論
量子信息科學概論
硬件分支包括：
第一年自然科學大學新生研究計劃（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（可選）
夏季量子編程
之后，再來看中國農(nóng)大的量子信息科學專業(yè)，此專業(yè)屬于數(shù)學學類，將在中國農(nóng)大化學大學籌建，專業(yè)代碼，與數(shù)學學()和應用數(shù)學學()同為二級學科。目前化學大學量子信息方向的碩導有47位，但專科方面的師資尚不清楚。
實際上，作為一門交叉學科，量子信息科學專業(yè)的開辦并非只有一條路。
在復旦學院AITime峰會上，復旦學院交叉信息研究院馬雄峰副院長提出可以根據(jù)數(shù)學背景和計算機背景去界定人才：化學背景的研究者可能偏重于塑造量子計算機，標準路徑是學完四大熱學之后按部就班地做實驗；而計算機背景的人才著重于使用量子計算機。
據(jù)悉，教育部將“量子信息科學”專業(yè)納入普通高等中學專科專業(yè)目錄，也意味著未來會有更多院校開辦這一專業(yè)。其中，復旦學院、北京學院、南京學院、浙江學院、南工大、上海師大等量子信息科學研究領(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”冬季中學已提早為該領(lǐng)域的專科教育預熱，這次夏季中學的主要講課對象為國外量子信息科學相關(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：
[1]丁兆君.量子信息科技在中國的發(fā)展——以中國科學技術(shù)學院為例[J].自然科學史研究,2019,38(04):394-404.