本科設(shè)“量子信息科學(xué)”專業(yè)：國之所需，少年所行

本科設(shè)“量子信息科學(xué)”專業(yè)

國之所需，少年所行

編者按 隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，為適應(yīng)國家戰(zhàn)略、科技創(chuàng)新和社會發(fā)展的需求，高校專業(yè)結(jié)構(gòu)在不斷優(yōu)化調(diào)整。今年，教育部對普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄進(jìn)行了更新，9類37個(gè)新專業(yè)加入“本科專業(yè)大家庭”。

據(jù)此，本版推出“解讀新增專業(yè)”系列報(bào)道，聚焦新增專業(yè)教育教學(xué)、就業(yè)實(shí)踐等方面的探索，對部分新增專業(yè)進(jìn)行深度解讀。

解讀新增專業(yè)①

◎本報(bào)記者 吳長鋒

2021年的高考順利結(jié)束。選擇報(bào)考什么專業(yè)又?jǐn)[在了考生和家長面前。今年初，教育部公布了2020年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)(以下簡稱中國科大)獲批新增設(shè)5個(gè)本科專業(yè)，其中“量子信息科學(xué)”赫然在列。

“高大上”的量子信息科學(xué)專業(yè)是個(gè)怎樣的專業(yè)？在本科生階段開設(shè)這樣的專業(yè)是否過于專業(yè)化、前沿化？

量子物理學(xué)與信息學(xué)的交叉學(xué)科

5月24日，清華大學(xué)量子信息班正式成立，由圖靈獎得主姚期智院士擔(dān)任首席教授，首批計(jì)劃招收20人。

姚期智院士在啟動儀式上表示，一方面，量子信息科技的發(fā)展到了一個(gè)全新的階段，無論是國家戰(zhàn)略需求還是科研產(chǎn)業(yè)發(fā)展，都需要提前布局謀篇；另一方面，從長遠(yuǎn)來看，要想在量子科技領(lǐng)域取得顛覆性、原創(chuàng)性突破，多學(xué)科交叉的人才培養(yǎng)是核心。

“量子信息學(xué)科有著比單一學(xué)科領(lǐng)域更廣的基礎(chǔ)知識需求，依賴于多學(xué)科的交匯融通，培養(yǎng)模式、課程設(shè)置與其他學(xué)科有著顯著區(qū)別，因此必須進(jìn)行體系化、專門化培養(yǎng)。”中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、中國科大半導(dǎo)體量子點(diǎn)量子芯片研究方向帶頭人郭國平教授告訴科技日報(bào)記者，早在上世紀(jì)90年代，中國科大就面向研究生開設(shè)了量子光學(xué)、量子信息導(dǎo)論等選修課，后來對本科生也開設(shè)了相關(guān)選修課。

“其實(shí)，在中國科大的碩士和博士研究生的學(xué)習(xí)及科研中，這些專業(yè)早就有了，現(xiàn)在進(jìn)一步統(tǒng)一專業(yè)名稱并列入本科教育中，適逢其時(shí)，意義重大。”郭國平說。

“量子信息科學(xué)是量子物理學(xué)與信息學(xué)的交叉學(xué)科，此次新增專業(yè)屬于物理學(xué)類。”郭國平說，量子信息科學(xué)與技術(shù)目前主要有三大方向，量子通信、量子計(jì)算、量子測量。信息的傳輸就是量子通信，信息的處理就是量子計(jì)算，信息的采集就是量子測量。

郭國平說，量子力學(xué)與經(jīng)典信息學(xué)的交叉是一個(gè)逐步演化、相互促進(jìn)的過程，是一個(gè)長期的過程。“比如量子通信還是需要經(jīng)典通信進(jìn)行輔助。比如量子計(jì)算對傳統(tǒng)信息處理，包括算法進(jìn)行了改進(jìn)，但本質(zhì)上還屬于經(jīng)典通信的范疇。”

他表示，要實(shí)現(xiàn)國家“十四五”規(guī)劃綱要啟動部署的量子信息領(lǐng)域相關(guān)任務(wù)，必須要有足夠規(guī)模的、優(yōu)秀青年人才隊(duì)伍支撐。通過本科階段的人才培養(yǎng)，推動量子信息學(xué)科交叉，可以為我國量子科技領(lǐng)域的系統(tǒng)布局做好拔尖創(chuàng)新人才儲備。

量子教育是各國的未來之爭

“廣基礎(chǔ)、重交叉、注重科研實(shí)踐、理論實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，應(yīng)是量子信息科學(xué)專業(yè)的主要培養(yǎng)特色。”郭國平告訴記者，我國在量子信息科學(xué)領(lǐng)域研究工作與國際同步，并且在許多方面居于國際領(lǐng)先地位，為我國量子信息科學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。除中國科大外，我國的山西大學(xué)、中國科學(xué)院物理研究所等單位也開設(shè)了量子信息科學(xué)的研究生課程，國內(nèi)許多高校都在開設(shè)類似的選修課。

“新設(shè)立量子信息科學(xué)專業(yè)，可以說是把以前分散在學(xué)校的信息學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院、物理學(xué)院、軟件學(xué)院等不同學(xué)院的課程集中起來打磨，融合在一起。” 郭國平說，從教學(xué)的角度來講，這應(yīng)該是個(gè)應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，是以應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展為目標(biāo)和牽引的，而非純粹的基礎(chǔ)學(xué)科。

“國外許多大的量子技術(shù)公司，都在開設(shè)量子信息課程。各大量子計(jì)算公司更是從搶占早期市場與培養(yǎng)用戶使用習(xí)慣出發(fā)，早早推出了一系列的量子計(jì)算教育課程。例如IBM去年就公開招募了量子計(jì)算暑期實(shí)習(xí)。”郭國平說。

美國在2018年頒布《國家量子計(jì)劃法案》，支持量子信息科學(xué)的專業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)；2019年更是發(fā)布了一項(xiàng)將量子信息科學(xué)加入從幼兒園到高中的K-12教育倡議計(jì)劃。歐盟則在《量子宣言》中規(guī)劃了對量子信息技術(shù)人才的培養(yǎng)。各大科技巨頭包括谷歌、IBM、英特爾、微軟、霍尼韋爾、亞馬遜，以及我國的阿里巴巴、騰訊、百度、華為等也都成立了量子實(shí)驗(yàn)室。

“在本科階段開設(shè)量子信息科學(xué)專業(yè)，會起到引領(lǐng)的作用，以后一個(gè)專業(yè)也會發(fā)展成一個(gè)系、甚至一個(gè)院，這是今后的發(fā)展方向。”郭國平說，本科階段只是打定一個(gè)基礎(chǔ)、選定一個(gè)方向。真正要從事這方面工作還得在碩博時(shí)期進(jìn)一步深造。

“例如量子計(jì)算的研制屬于巨型系統(tǒng)工程，涉及眾多基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和工程實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)，需要大量跨專業(yè)人才。高度的復(fù)雜性與前沿性讓精通量子計(jì)算的專業(yè)人才在全球范圍內(nèi)都屬于稀缺資源。當(dāng)前，不論高校、企業(yè)，還是政府，都意識到了量子計(jì)算發(fā)展遇到的人才瓶頸。”郭國平說，此時(shí)新增量子信息科學(xué)本科專業(yè)很及時(shí)，也十分必要，也反映出國家對量子科技產(chǎn)業(yè)的重視。正可謂：國之所需，少年所行！

應(yīng)更加注重產(chǎn)業(yè)的牽引和融入

“這個(gè)專業(yè)的核心課程當(dāng)然會包含一些量子信息的前沿課程，比如量子信息實(shí)驗(yàn)、量子通訊和密碼、量子計(jì)算機(jī)科學(xué)等。”郭國平認(rèn)為，本科階段應(yīng)該打好基礎(chǔ)，首先要學(xué)好基礎(chǔ)課程，比如信息學(xué)、量子力學(xué)、量子信息導(dǎo)論等，還應(yīng)當(dāng)掌握好數(shù)學(xué)這一基礎(chǔ)工具，比如線性代數(shù)等。

“國家著眼科技發(fā)展布局，在本科階段開設(shè)量子信息科學(xué)專業(yè)，從人才的培養(yǎng)角度來講，開始進(jìn)行專業(yè)的引領(lǐng)，研究生的招生基數(shù)就會大很多，各層次人才都會得到極大的補(bǔ)充和培養(yǎng)。”郭國平說，這就像招收飛行員，從初中、高中就開始選拔，以后培養(yǎng)出王牌飛行員的機(jī)會就多了。

在他看來，培養(yǎng)量子信息科學(xué)專業(yè)的人才，應(yīng)更加注重產(chǎn)業(yè)的牽引和融入。“比如我們讓金融學(xué)院的學(xué)生來選修量子信息專業(yè)的課程，以后他就會把量子計(jì)算用到金融領(lǐng)域。”郭國平說，國際上IBM和谷歌早已跟各類高校合作培養(yǎng)包括量子信息在內(nèi)的人才。

對標(biāo)IBM、谷歌做的事情，我國的一些量子企業(yè)如本源量子等，已經(jīng)制作出2000多分鐘的在線視頻課，并且出版了專門的量子計(jì)算、量子編程教材等。“我們跟國際上相比，最大的差異是沒有注重融入產(chǎn)業(yè)的因素。”郭國平認(rèn)為，新開設(shè)的量子信息科學(xué)專業(yè)應(yīng)當(dāng)走融合發(fā)展、共建專業(yè)的道路，讓從事量子技術(shù)的企業(yè)介入。量子信息是一個(gè)全新的東西，只有站在產(chǎn)業(yè)最前沿，才會明白哪些是最有用的、方向在哪里，更需要培養(yǎng)什么樣的技能。

“既然是新開設(shè)專業(yè)，就不妨從辦學(xué)理念、課程設(shè)置、培養(yǎng)方向等方面進(jìn)行新的探索。”郭國平認(rèn)為，新設(shè)專業(yè)應(yīng)當(dāng)與國內(nèi)量子龍頭企業(yè)探索融合共建，甚至實(shí)行雙導(dǎo)師制，加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)界的互動。

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要系統(tǒng)總結(jié)我國量子科技發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)，借鑒國外的有益做法，深入分析研判量子科技發(fā)展大勢，找準(zhǔn)我國量子科技發(fā)展的切入點(diǎn)和突破口，統(tǒng)籌基礎(chǔ)研究、前沿技術(shù)、工程技術(shù)研發(fā)，培育量子通信等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，搶占量子科技國際競爭制高點(diǎn)，構(gòu)筑發(fā)展新優(yōu)勢。“讓量子科技滲透到國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場各個(gè)領(lǐng)域，那才是搶占量子科技國際競爭制高點(diǎn)的本質(zhì)內(nèi)涵。”郭國平說。