本科設“量子信息科學”專業(yè)
國之所需，少年所行
編者按 隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，為適應國家戰(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校本科專業(yè)目錄進行了更新，9類37個新專業(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)”系列報道，聚焦新增專業(yè)教育教學、就業(yè)實踐等方面的探索，對部分新增專業(yè)進行深度解讀。
解讀新增專業(yè)①
◎本報記者 吳長鋒
2021年的高考順利結(jié)束。選擇報考什么專業(yè)又擺在了考生和家長面前。今年初，教育部公布了2020年度普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果，中國科學技術大學(以下簡稱中國科大)獲批新增設5個本科專業(yè)，其中“量子信息科學”赫然在列。
“高大上”的量子信息科學專業(yè)是個怎樣的專業(yè)？在本科生階段開設這樣的專業(yè)是否過于專業(yè)化、前沿化？
量子物理學與信息學的交叉學科
5月24日，清華大學量子信息班正式成立，由圖靈獎得主姚期智院士擔任首席教授，首批計劃招收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，從長遠來看，要想在量子科技領域取得顛覆性、原創(chuàng)性突破，多學科交叉的人才培養(yǎng)是核心。
“量子信息學科有著比單一學科領域更廣的基礎知識需求，依賴于多學科的交匯融通，培養(yǎng)模式、課程設置與其他學科有著顯著區(qū)別，因此必須進行體系化、專門化培養(yǎng)�！敝袊茖W院量子信息重點實驗室副主任、中國科大半導體量子點量子芯片研究方向帶頭人郭國平教授告訴科技日報記者，早在上世紀90年代，中國科大就面向研究生開設了量子光學、量子信息導論等選修課，后來對本科生也開設了相關選修課。
“其實，在中國科大的碩士和博士研究生的學習及科研中，這些專業(yè)早就有了，現(xiàn)在進一步統(tǒng)一專業(yè)名稱并列入本科教育中，適逢其時，意義重大�！惫鶉秸f。
“量子信息科學是量子物理學與信息學的交叉學科，此次新增專業(yè)屬于物理學類�！惫鶉秸f，量子信息科學與技術目前主要有三大方向，量子通信、量子計算、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算，信息的采集就是量子測量。
郭國平說，量子力學與經(jīng)典信息學的交叉是一個逐步演化、相互促進的過程，是一個長期的過程�！氨热缌孔油ㄐ胚�是需要經(jīng)典通信進行輔助。比如量子計算對傳統(tǒng)信息處理，包括算法進行了改進，但本質(zhì)上還屬于經(jīng)典通信的范疇�！�
他表示，要實現(xiàn)國家“十四五”規(guī)劃綱要啟動部署的量子信息領域相關任務，必須要有足夠規(guī)模的、優(yōu)秀青年人才隊伍支撐。通過本科階段的人才培養(yǎng)，推動量子信息學科交叉，可以為我國量子科技領域的系統(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、重交叉、注重科研實踐、理論實驗相結(jié)合，應是量子信息科學專業(yè)的主要培養(yǎng)特色�！惫鶉礁嬖V記者，我國在量子信息科學領域研究工作與國際同步，并且在許多方面居于國際領先地位，為我國量子信息科學的發(fā)展奠定了堅實的實驗基礎。除中國科大外，我國的山西大學、中國科學院物理研究所等單位也開設了量子信息科學的研究生課程，國內(nèi)許多高校都在開設類似的選修課。
“新設立量子信息科學專業(yè)，可以說是把以前分散在學校的信息學院、計算機學院、物理學院、軟件學院等不同學院的課程集中起來打磨，融合在一起。” 郭國平說，從教學的角度來講，這應該是個應用基礎學科，是以應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展為目標和牽引的，而非純粹的基礎學科。
“國外許多大的量子技術公司，都在開設量子信息課程。各大量子計算公司更是從搶占早期市場與培養(yǎng)用戶使用習慣出發(fā)，早早推出了一系列的量子計算教育課程。例如IBM去年就公開招募了量子計算暑期實習。”郭國平說。
美國在2018年頒布《國家量子計劃法案》，支持量子信息科學的專業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)；2019年更是發(fā)布了一項將量子信息科學加入從幼兒園到高中的K-12教育倡議計劃。歐盟則在《量子宣言》中規(guī)劃了對量子信息技術人才的培養(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驗室。
“在本科階段開設量子信息科學專業(yè)，會起到引領的作用，以后一個專業(yè)也會發(fā)展成一個系、甚至一個院，這是今后的發(fā)展方向�！惫鶉秸f，本科階段只是打定一個基礎、選定一個方向。真正要從事這方面工作還得在碩博時期進一步深造。
“例如量子計算的研制屬于巨型系統(tǒng)工程，涉及眾多基礎產(chǎn)業(yè)和工程實現(xiàn)環(huán)節(jié)，需要大量跨專業(yè)人才。高度的復雜性與前沿性讓精通量子計算的專業(yè)人才在全球范圍內(nèi)都屬于稀缺資源。當前，不論高校、企業(yè)，還是政府，都意識到了量子計算發(fā)展遇到的人才瓶頸�！惫鶉秸f，此時新增量子信息科學本科專業(yè)很及時，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！
應更加注重產(chǎn)業(yè)的牽引和融入
“這個專業(yè)的核心課程當然會包含一些量子信息的前沿課程，比如量子信息實驗、量子通訊和密碼、量子計算機科學等。”郭國平認為，本科階段應該打好基礎，首先要學好基礎課程，比如信息學、量子力學、量子信息導論等，還應當掌握好數(shù)學這一基礎工具，比如線性代數(shù)等。
“國家著眼科技發(fā)展布局，在本科階段開設量子信息科學專業(yè)，從人才的培養(yǎng)角度來講，開始進行專業(yè)的引領，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)出王牌飛行員的機會就多了。
在他看來，培養(yǎng)量子信息科學專業(yè)的人才，應更加注重產(chǎn)業(yè)的牽引和融入。“比如我們讓金融學院的學生來選修量子信息專業(yè)的課程，以后他就會把量子計算用到金融領域�！惫鶉秸f，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�！惫鶉秸J為，新開設的量子信息科學專業(yè)應當走融合發(fā)展、共建專業(yè)的道路，讓從事量子技術的企業(yè)介入。量子信息是一個全新的東西，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。
“既然是新開設專業(yè)，就不妨從辦學理念、課程設置、培養(yǎng)方向等方面進行新的探索�！惫鶉秸J為，新設專業(yè)應當與國內(nèi)量子龍頭企業(yè)探索融合共建，甚至實行雙導師制，加強與產(chǎn)業(yè)界的互動。
習近平總書記強調(diào)，要系統(tǒng)總結(jié)我國量子科技發(fā)展的成功經(jīng)驗，借鑒國外的有益做法，深入分析研判量子科技發(fā)展大勢，找準我國量子科技發(fā)展的切入點和突破口，統(tǒng)籌基礎研究、前沿技術、工程技術研發(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，構(gòu)筑發(fā)展新優(yōu)勢�！白屃孔涌萍紳B透到國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場各個領域，那才是搶占量子科技國際競爭制高點的本質(zhì)內(nèi)涵�！惫鶉秸f。
