作者：杨红（中国教育科学研究院副研究员）

　　量子科技发展具有重大的科学意义和战略价值，将影响新一轮科技革命和产业变革方向。世界各国都意识到未来的国际竞争焦点之一就在量子技术领域，而人才培养是赢得竞争的关键。随着量子科技研究快速发展和初创企业增加，相关人才需求激增。同时，由量子技术进步引发的知识体系变革和人才需求变化，给人才培养也带来巨大挑战。为此，各国纷纷探索新型量子人才培养和引进路径，以增强国际竞争力。

　　全球量子科技人才需求激增

　　当前，全球主要国家都在量子科技领域加强政策布局，相继制定发展战略规划，加大投入，加快量子技术从基础研究到商业化的进程。如英国“国家量子技术专项”、德国“国家量子技术框架计划”、欧盟“量子技术旗舰项目”、美国“国家量子计划法案”、日本“量子技术创新战略”、澳大利亚“量子技术产业发展”等。概括起来，这些发展战略规划都试图通过加强科学研究、标准制定和人才培养，确保该国在量子科技领域竞争中的优势地位。

　　但量子科技领域的人才培养速度远低于行业增长需求，据麦肯锡咨询公司2022年调查显示，量子科技领域招聘岗位是对口毕业生的3倍，人才短缺已经严重制约量子科技发展，而量子科技人才培养也面临以下困难：

　　一是培养周期长。量子领域高端人才培养周期约为10年，目前各国都尚未建立人才蓄水池，人才效应不能立竿见影。

　　二是培养难度大。量子科技作为前沿技术，学术门槛高，相关产业尚未完善，各国的人才培养体系并不健全，开设本科、硕士专业的高校较少。2020年澳大利亚新南威尔士大学才创立全球首个量子工程本科学位；截至2022年，全球只有50所高校开设量子技术硕士学位；2021年哈佛大学才开设世界第一个量子科学与工程博士项目。作为新兴学科，量子科技具有交叉融合、数字赋能等特点，需要物理、数学、计算机等不同学科交叉融合，所涉及的技术范围较广，在基础研究、系统开发和工程层面均需要复合型人才。这种复合型人才需要培养学生跨学科的创新、整合能力，目前世界一流大学在设立量子跨学科专业、开发跨学科课程体系等方面均处于探索阶段。此外，开展量子科学实验也需要较高的硬件条件和仪器设备。

　　三是缺少相关STEM人才支撑。与量子研究密切相关的物理、计算机与信息科学、电气工程等，也是半导体、人工智能等高科技行业的紧缺专业。而基础教育STEM后备人才培养质量不高也是各国面临的重大挑战，比如美国，据2021年美国国家科学院调查显示，只有22%的美国高中毕业生精通科学类学科。

　　营造良好的量子科技教育生态

　　量子技术距离实际应用可能还需要一段时间，但是随着数据科学和计算工具在研究中的应用，这一步伐在不断加快。与此同时，依靠增加投入，全面加强量子科学教育与培训，扩宽人才培养管道，营造良好的量子科技教育生态系统成为许多国家的政策重点。

　　首先，加强科普和早期教育。4月14日是“世界量子日”，一些国家利用这一主题日举办形式多样的科普活动，以培养公众的兴趣。许多国家意识到“量子教育从娃娃抓起”的重要性，因而在中小学STEM教育中加入量子科技知识，增进学生对量子科技的认识，并开展职业生涯教育。德国提出要在小学和中学开发合适的量子科技学习课程；日本着力构建从幼年时期就广泛接触量子技术的环境。美国实施“Q12教育合作伙伴计划”，开发适合K-12阶段学生的量子信息科学与工程教育课程资源。澳大利亚在高中物理学科中增设量子物理和现代量子技术课程等。

　　部分世界一流大学直接参与量子人才的早期培养工作，如芝加哥大学就为美国中学生提供课后量子STEM教育，让学生了解量子科技如何影响人们的生活，并介绍进入该前沿领域的职业路径。此外，芝加哥大学还持续多年培养高中STEM教师，指导教师开发量子科技课程。

　　其次，高等教育分级培养量子科技人才。由于博士培养周期长，发达国家的普遍做法是下沉人才培养重心，本科阶段通常采用“STEM专业+量子专业”的双学位方式培养学科交叉人才。选拔优秀本科生免费参加暑期学校或量子夏令营，直接进入研究项目，是各国发现和挖掘本科拔尖创新人才的普遍做法。

　　研究生培养多采用组建跨学科研究与教学中心，打破学科、专业限制，以研究团队的方式跨学科培养学生。课程重视实践导向，强调与产业界的合作，从产业前沿的战略高度明确培养方向。课程设置除了理论研究、应用研究之外，有的大学还加入了商业课程，培养和提高学生科技成果转化的意识和能力。英国、美国等大学通过设置专项奖学金的方式增加量子专业吸引力，美国国家科学基金会实施“行业——学术界联合培养研究生计划”，以国家重点实验室、世界一流大学、产业界为依托，成立国家量子飞跃研究所，采用实习等方式支持研究生和博士后直接参与研究工作。

　　分级培养是满足量子科技不同层级人才需求的快速做法。澳大利亚建立了研究生、本科生和短期培训的三级人才培养体系。日本开展多层次量子教育，在培养高端人才的同时，也满足民间企业的需求。美国将量子人才划分为金字塔型四类人才，分级培养，顶端被称为专业者，是拥有精深量子专业知识的博士，如量子计算科学家、纠错科学家等；第二级为精通者，是主修量子专业的硕士和本科生，如应用架构师、光子学工程师等；第三级为了解者，是学过量子专业知识的跨专业人员，如软件开发人员、数据科学家等；第四级为相关者，是指拥有量子行业所需技能的专业人士，如电路设计、先进制造业等。

　　高等教育机构还通过联盟的方式协同推进量子科学研究和人才培养。如美国中西部地区成立芝加哥量子交流中心，该中心设在芝加哥大学普利兹克分子工程学院内，参与的高等教育机构包括美国能源部的阿贡国家实验室和费米国家加速器实验室、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、威斯康星大学麦迪逊分校、西北大学等。目前，该机构成员单位已经横跨学术界、国家实验室和工业界，通过产学研一体化协同推进量子科学发展和人才培养。澳大利亚由悉尼大学、悉尼科技大学、麦考瑞大学和新南威尔士大学联合成立了悉尼量子学院，支持量子技术企业发展，向产业界输送人才。人才和科研资源的高度集中，还有利于增强对世界量子科技顶尖人才的吸引力。

　　多元化人才培养与国际合作

　　不仅教育界，企业界也积极参与到量子人才培养的进程中来。IBM公司于2020年7月推出量子计算机线上夏令营，并在全球范围内吸引2万大学生报名，最终来自101个国家和地区的4000余名学生参加了该活动。它还在芝加哥大学设立长期量子博士后项目，推行“机构—项目—人才”一体化培养模式。谷歌、摩根大通等企业推出在线量子教育课程，直接参与量子高等教育课程设置，并提供实习机会。此外，企业还通过为现有STEM工程师提供短期量子科技培训，推行量子工程师资格认证的方式，实现现有STEM人才的快速转型。

　　许多国家定期监测评估量子教育效果及人才需求。如美国国家科学基金会在实施国家量子计划期间，每两年对量子科技领域劳动力需求、趋势和教育能力进行全面、系统的监测和研究。日本根据量子科技与产业发展动向及时评估人才需求和供应趋势，认为目前从事量子研究的高端人才在百人左右，而未来十年内需要达到千人才能与他国竞争。

　　许多国家重视加强量子科技的国际合作。韩国向发达国家派遣青年研究人员，直接参与海外研发项目。欧美等国通过取长补短、强强联合等方式在标准制定、数据共享、供应链、出口管制和技术方法等领域全面开展政府层面战略合作。高等教育机构和企业界在科研开发、人才培养等方面开展跨国合作。

　　除了加强自身培养，各国还在全球范围内积极吸引量子科技专业人才，加强人才引进的力度。2021年，美国国家科学技术委员会就专门发布《国际人才在量子信息科学中的作用》报告，呼吁量子行业需要从全球人才库中吸引优秀的高素质专业人才，并制定相关人才引进和补助政策，在人工智能、量子信息等新兴技术领域放宽科技移民政策。澳大利亚优化签证和移民政策，意图吸引并留住量子物理、量子计算的全球顶尖人才。日本电信电话公司甚至在美国硅谷开设量子计算科学研究所，直接招募美名校毕业生。

　　从全球范围看，可以预见的是，随着量子科技产业的持续发展，将需要更多相关人才。政府、学术机构和企业都需要在教育和劳动力计划方面进行远期投资，以便为个人提供在快速发展的量子领域工作所需要的技能和知识。与此同时，培养专业的人才参与制定量子标准和法规，确保安全、负责任地开发和部署量子技术也成为紧迫的任务。

　　【科普】为第二次量子革命奠定基础

　　量子力学从上世纪初诞生以来，催生了晶体管、激光等重大发明，这被科学界称为第一次量子革命。近来，以量子计算和量子通信为代表的第二次量子革命又在兴起。瑞典皇家科学院在2022年的诺奖公报中曾说，三位物理学奖获奖者在量子纠缠实验方面的贡献，“为当前量子技术领域正发生的革命奠定了基础”。

　　量子纠缠长期是量子力学中最具争议的问题之一。量子纠缠是一种奇怪的量子力学现象，处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联，其中一个量子状态发生改变，另一个的状态会瞬时发生相应改变。

　　在很长一段时间里，以爱因斯坦为代表的部分物理学家对量子纠缠持怀疑态度，爱因斯坦称其为“鬼魅般的超距作用”。他们认为量子理论是“不完备”的，纠缠的粒子之间存在着某种人类还没观察到的相互作用或信息传递，也就是“隐变量”。

　　20世纪60年代，物理学家约翰·贝尔提出可用来验证量子力学的“贝尔不等式”。如果贝尔不等式始终成立，那么量子力学可能被其他理论替代。

　　为了对贝尔不等式进行验证，美国科学家约翰·克劳泽设计了相关实验，其中使用特殊的光照射钙原子，由此发射纠缠的光子，再使用滤光片来测量光子的偏振状态。经过一系列测量，克劳泽能够证明实验结果违反了贝尔不等式，且与量子力学预测相符。

　　但这个实验具有局限性，原因包括实验装置在产生和捕获粒子方面效率较低、滤光片处于固定角度等。在此基础上，法国科学家阿兰·阿斯佩设计了新版本的实验，测量效果更好。阿斯佩填补了克劳泽实验的重要漏洞，并提供了一个非常明确的结果：量子力学是正确的，且没有“隐变量”。

　　奥地利科学家安东·蔡林格后来对贝尔不等式进行了更多的实验验证。其中一项实验使用了来自遥远星系的信号来控制滤波器，确保信号不会相互影响，进一步证实了量子力学的正确性。蔡林格和同事还利用量子纠缠展示了一种称为量子隐形传态的现象，即将量子态从一个粒子转移到另一个粒子。其团队还在量子通信等方面有诸多研究进展。

　　其中一项重要成果就是，2017年中国与奥地利科学家借助中国的“墨子号”量子卫星，成功实施世界首次量子保密的洲际视频通话。这也是为什么诺贝尔物理学奖评委托尔斯·汉斯·汉森在现场解读获奖成果时，展示了一张含有中国量子卫星的图片，其上显示了中国和欧洲之间的洲际量子通信实验。

　　（据新华社）

　　《光明日报》（2023年11月16日 14版）