本科设“量子信息科学”专业：国之所需，少年所行

解读新增专业①

◎本报记者 吴长锋

2021年的高考顺利结束。选择报考什么专业又摆在了考生和家长面前。今年初，教育部公布了2020年度普通高等学校本科专业备案和审批结果，中国科学技术大学(以下简称中国科大)获批新增设5个本科专业，其中“量子信息科学”赫然在列。

“高大上”的量子信息科学专业是个怎样的专业？在本科生阶段开设这样的专业是否过于专业化、前沿化？

量子物理学与信息学的交叉学科

5月24日，清华大学量子信息班正式成立，由图灵奖得主姚期智院士担任首席教授，首批计划招收20人。

姚期智院士在启动仪式上表示，一方面，量子信息科技的发展到了一个全新的阶段，无论是国家战略需求还是科研产业发展，都需要提前布局谋篇；另一方面，从长远来看，要想在量子科技领域取得颠覆性、原创性突破，多学科交叉的人才培养是核心。

“量子信息学科有着比单一学科领域更广的基础知识需求，依赖于多学科的交汇融通，培养模式、课程设置与其他学科有着显著区别，因此必须进行体系化、专门化培养。”中国科学院量子信息重点实验室副主任、中国科大半导体量子点量子芯片研究方向带头人郭国平教授告诉科技日报记者，早在上世纪90年代，中国科大就面向研究生开设了量子光学、量子信息导论等选修课，后来对本科生也开设了相关选修课。

“其实，在中国科大的硕士和博士研究生的学习及科研中，这些专业早就有了，现在进一步统一专业名称并列入本科教育中，适逢其时，意义重大。”郭国平说。

“量子信息科学是量子物理学与信息学的交叉学科，此次新增专业属于物理学类。”郭国平说，量子信息科学与技术目前主要有三大方向，量子通信、量子计算、量子测量。信息的传输就是量子通信，信息的处理就是量子计算，信息的采集就是量子测量。

郭国平说，量子力学与经典信息学的交叉是一个逐步演化、相互促进的过程，是一个长期的过程。“比如量子通信还是需要经典通信进行辅助。比如量子计算对传统信息处理，包括算法进行了改进，但本质上还属于经典通信的范畴。”

他表示，要实现国家“十四五”规划纲要启动部署的量子信息领域相关任务，必须要有足够规模的、优秀青年人才队伍支撑。通过本科阶段的人才培养，推动量子信息学科交叉，可以为我国量子科技领域的系统布局做好拔尖创新人才储备。

量子教育是各国的未来之争

“广基础、重交叉、注重科研实践、理论实验相结合，应是量子信息科学专业的主要培养特色。”郭国平告诉记者，我国在量子信息科学领域研究工作与国际同步，并且在许多方面居于国际领先地位，为我国量子信息科学的发展奠定了坚实的实验基础。除中国科大外，我国的山西大学、中国科学院物理研究所等单位也开设了量子信息科学的研究生课程，国内许多高校都在开设类似的选修课。

“新设立量子信息科学专业，可以说是把以前分散在学校的信息学院、计算机学院、物理学院、软件学院等不同学院的课程集中起来打磨，融合在一起。” 郭国平说，从教学的角度来讲，这应该是个应用基础学科，是以应用和产业发展为目标和牵引的，而非纯粹的基础学科。

“国外许多大的量子技术公司，都在开设量子信息课程。各大量子计算公司更是从抢占早期市场与培养用户使用习惯出发，早早推出了一系列的量子计算教育课程。例如IBM去年就公开招募了量子计算暑期实习。”郭国平说。

美国在2018年颁布《国家量子计划法案》，支持量子信息科学的专业发展和人才培养；2019年更是发布了一项将量子信息科学加入从幼儿园到高中的K-12教育倡议计划。欧盟则在《量子宣言》中规划了对量子信息技术人才的培养。各大科技巨头包括谷歌、IBM、英特尔、微软、霍尼韦尔、亚马逊，以及我国的阿里巴巴、腾讯、百度、华为等也都成立了量子实验室。

“在本科阶段开设量子信息科学专业，会起到引领的作用，以后一个专业也会发展成一个系、甚至一个院，这是今后的发展方向。”郭国平说，本科阶段只是打定一个基础、选定一个方向。真正要从事这方面工作还得在硕博时期进一步深造。

“例如量子计算的研制属于巨型系统工程，涉及众多基础产业和工程实现环节，需要大量跨专业人才。高度的复杂性与前沿性让精通量子计算的专业人才在全球范围内都属于稀缺资源。当前，不论高校、企业，还是政府，都意识到了量子计算发展遇到的人才瓶颈。”郭国平说，此时新增量子信息科学本科专业很及时，也十分必要，也反映出国家对量子科技产业的重视。正可谓：国之所需，少年所行！

应更加注重产业的牵引和融入

“这个专业的核心课程当然会包含一些量子信息的前沿课程，比如量子信息实验、量子通讯和密码、量子计算机科学等。”郭国平认为，本科阶段应该打好基础，首先要学好基础课程，比如信息学、量子力学、量子信息导论等，还应当掌握好数学这一基础工具，比如线性代数等。

“国家着眼科技发展布局，在本科阶段开设量子信息科学专业，从人才的培养角度来讲，开始进行专业的引领，研究生的招生基数就会大很多，各层次人才都会得到极大的补充和培养。”郭国平说，这就像招收飞行员，从初中、高中就开始选拔，以后培养出王牌飞行员的机会就多了。

在他看来，培养量子信息科学专业的人才，应更加注重产业的牵引和融入。“比如我们让金融学院的学生来选修量子信息专业的课程，以后他就会把量子计算用到金融领域。”郭国平说，国际上IBM和谷歌早已跟各类高校合作培养包括量子信息在内的人才。

对标IBM、谷歌做的事情，我国的一些量子企业如本源量子等，已经制作出2000多分钟的在线视频课，并且出版了专门的量子计算、量子编程教材等。“我们跟国际上相比，最大的差异是没有注重融入产业的因素。”郭国平认为，新开设的量子信息科学专业应当走融合发展、共建专业的道路，让从事量子技术的企业介入。量子信息是一个全新的东西，只有站在产业最前沿，才会明白哪些是最有用的、方向在哪里，更需要培养什么样的技能。

“既然是新开设专业，就不妨从办学理念、课程设置、培养方向等方面进行新的探索。”郭国平认为，新设专业应当与国内量子龙头企业探索融合共建，甚至实行双导师制，加强与产业界的互动。

习近平总书记强调，要系统总结我国量子科技发展的成功经验，借鉴国外的有益做法，深入分析研判量子科技发展大势，找准我国量子科技发展的切入点和突破口，统筹基础研究、前沿技术、工程技术研发，培育量子通信等战略性新兴产业，抢占量子科技国际竞争制高点，构筑发展新优势。“让量子科技渗透到国民经济主战场各个领域，那才是抢占量子科技国际竞争制高点的本质内涵。”郭国平说。