田 芬

（西北工業(yè)大學高等教育研究所/教學研究與教師發(fā)展中心，陜西西安 710072）

1 研究背景

量子科學技術是一項具有戰(zhàn)略性的前沿技術。量子科學迅猛發(fā)展，在傳感、通信、信息加工和安全方面都有重要作用，已經讓越來越多的人獲益。量子科學技術已經成為很多技術創(chuàng)新的聚焦點，也引導人們進入量子科學的新時代。國外關于量子的研究，主要聚焦的主題包括量子計算機的研發(fā)、量子機器學習、量子通信等；國內學者關于量子的研究，聚焦的問題包括對于量子思想史的分析，認為現(xiàn)代科學理論造成了數(shù)學意義、物理意義以及感性直觀意義的分裂，其結果是人們失去了對科學世界圖景的直觀理解［1］；在科學研究維度，國內研究型大學的量子研究取得重要成效，以中國科學技術大學的郭光燦、潘建偉、杜江峰等為代表的科學家在量子信息領域取得顯著成績，在量子密碼、量子計算、量子通信、基于量子衛(wèi)星的超遠距離保密量子通信方面也取得重大研究進展。量子信息可以突破現(xiàn)代信息技術的物理極限；量子密碼可以提供防止竊聽、防止破譯的絕對保密通信；量子計算具有巨大的并行計算能力，提供功能更強的新型運算模式［2］。國內有研究者關注量子科學技術人才培養(yǎng)，如中國科學技術大學面向網(wǎng)絡空間安全專業(yè)的本科生開設量子信息相關的導論課程，與網(wǎng)絡空間安全專業(yè)的核心需求和特色結合，在教學目標、課程結構和內容、授課方法和實踐手段等方面進行了相對創(chuàng)新的設計，旨在改變國內量子信息從業(yè)人員嚴重缺乏、工程技術人員對量子信息技術的理解不夠深入、實操能力不足等問題［3］。已有研究表明，量子科學研究是多學科的，包括化學、物理等，人文社科領域學者對量子展開的相關研究較少，對于國外高校量子人才培養(yǎng)的相關研究則更少，主要是從科技思想史的角度得到一些啟發(fā)。基于此，本研究對美國量子計劃有關人才培養(yǎng)進行相對系統(tǒng)的研究。

2018 年，美國白宮成立國家量子協(xié)調辦公室（National Quantum Coordination Office），發(fā)布周期為10 年的“國家量子計劃”（National Quantum Initiative，NQI），旨在促進量子信息科學技術（quantum information science and technology，QIST）發(fā) 展［4］。2018 年12 月21 日，美國總統(tǒng)特朗普簽署發(fā)布《國家量子計劃法案》（National Quantum Initiative Act）。為了推動《國家量子計劃法案》的落實，美國政府發(fā)布了一系列報告，具體包括戰(zhàn)略性報告《讓量子傳感器結果實》（Bringing Quantum Sensors to Fruition）、《美國量子信息科學技術勞動力發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃》（Quantum Information Science and Technology Workforce Development National Strategic Plan）、《國際人才在量子信息科學中的角色》（The Role of International Talent in Quantum Information Science）、《促進量子研究的協(xié)調之道》（A Coordinated Approach to Quantum Networking Research）、《量子前沿報告之國家戰(zhàn)略中量子信息科學的共同體投入》（Quantum Frontiers Report on Community Input to the Nation's Strategy for Quantum Information Science）、《人工智能和量子信息科學研發(fā)提要：2020—2021 財年》（Artificial Intelligence &Quantum Information Science Research &Development Summary: Fiscal Years 2020-2021）、《美國量子網(wǎng)絡的戰(zhàn)略構想》（A Strategic Vision for Americas Quantum Networks）等，也包括科學技術報告《從遠程通信到構建國家量子網(wǎng)絡》（From Long-distance Entanglement to Building a Nationwide Quantum Internet）、《辨識后量子密碼中的研究挑戰(zhàn)》（Identifying Research Challenges in Post Quantum Cryptography Migration and Cryptographic Agility）和《促進化學和材料的量子計算法則報告》（Report on the NSF Workshop on Enabling the Quantum Leap Quantum Algorithms for Chemistry and Materials）等。本研究通過對這些戰(zhàn)略文本的深度解析，介紹《國家量子計劃法案》的基本內容，呈現(xiàn)美國為了發(fā)展量子信息科學（quantum information science，QIS）技術所采取的舉措、這些舉措的特征及其面臨的可能挑戰(zhàn)。

2 美國量子人才戰(zhàn)略啟動背景及基本內容

2.1 《國家量子計劃法案》的啟動背景

《國家量子計劃法案》的發(fā)布是多種因素促成的。如《國際人才在量子信息科學中的角色》中所言，“量子信息科學技術發(fā)展的動力不僅來自于科技發(fā)展本身，還源于對經濟問題和國家安全發(fā)展的考慮”［5］。其具體的啟動背景如下。

第一，應對國際競爭?！秶伊孔佑媱澐ò浮穯颖尘爸皇窃从诩ち业膰H競爭，成為驅動美國政府制定《國家量子計劃法案》的因素之一。2021 年，中國、加拿大、澳大利亞等17 個國家發(fā)布量子信息科學技術研發(fā)的國家戰(zhàn)略（見表1），這些國家量子發(fā)展戰(zhàn)略的特點如下：一是共同的政策目標，即鼓勵學術界和企業(yè)協(xié)同研發(fā)和強調人力資本；二是支持傳感、計算和量子通信技術3 個主要領域［6］；三是策略非常多元，包括建立卓越創(chuàng)新中心、為科學技術競爭制定可行性目標、為國家重要的特別項目提供直接資金、政府提供投資。

表1 世界主要國家發(fā)展量子信息科學技術研發(fā)戰(zhàn)略中關于人才培養(yǎng)的策略

第二，促進量子信息科學技術發(fā)展。特朗普擔任美國總統(tǒng)時高度重視5G、人工智能（artificial intelligence，AI）和量子信息科學等，希望通過發(fā)展這些科學技術提升人們的生活質量［7］?！皣伊孔佑媱潯钡哪繕酥皇菍崿F(xiàn)更多的量子傳感器（quantum sensors）研發(fā)，轉換成實用性技術。美國政府對此有大量的經濟投入，2019 年國家財政優(yōu)先的重點領域均包括量子信息科學技術［8］；2020 年對量子信息科學技術的計劃投資金額為43 500 萬美元，實際投資金額為57 900 萬美元，而2021 年計劃投資金額為69 900 萬美元［9］；2022 年國家財政優(yōu)先的政策領域為量子信息科學技術，目標是培養(yǎng)量子時代的智能勞動力［10］。

第三，保護國家研究安全。美國政府認為，關于重大科學技術的潛在研究和資源投入既可能會影響美國在新興科學技術中的領導力，也可能會影響美國的國家安全［11］。在保護國家研究安全的過程中，最大的挑戰(zhàn)是協(xié)調技術的開放性與隱秘性，且要避免偏見［12］。美國政府將量子信息科學技術作為關鍵的新興技術，聚焦量子計算（quantum computing）、量子設備的材料和制造技術（materials,isotopesand fabrication techniques for quantum devices）、量子傳感器、量子網(wǎng)絡（quantum networking）和后量子密碼學（post-quantum cryptography）［13］，通過在這些關鍵領域的研發(fā)突破，從而保障美國國家安全。

第四，推動經濟高速發(fā)展。量子信息科學技術的發(fā)展，不僅僅只是技術領域的推進，而且能夠提供經濟機會，促進國家經濟發(fā)展。量子信息科學技術從純粹的科學領域轉化為實用性技術，如傳統(tǒng)的量子計算機可能會需要一些新的高技術材料，性能更強的量子計算機可能有利于保護計算機安全，保護線上銀行和線上購物，且后量子能夠保護數(shù)據(jù)，避免個人信息遭受網(wǎng)絡襲擊。很多量子信息科學技術的運用可能會出現(xiàn)在市場，如高端量子傳感器［14］。量子信息科學技術會產生新的探測工具，探測地下石油和礦產。量子計算機的迭代更新，能夠幫助科學家更好地理解高溫超級傳導器，推動大數(shù)據(jù)中人工智能技術發(fā)展，從而提高供應鏈效率。

2.2 美國量子人才戰(zhàn)略的基本目標

《國家量子計劃法案》的目標是確保美國在量子信息科學及其運用中的領導力，為所有美國人創(chuàng)造新機會，具體包括5 個子目標：第一，支持量子信息科學技術的研發(fā)和運用，增加從事量子信息科學技術的研究者、教育者和學習者的數(shù)量，確保從事量子信息科學技術研發(fā)及其他類型工作的勞動力數(shù)量；為量子信息科學技術的本科生、研究生和博士后提供更多的多學科課程和研究機會；縮小基礎研究的知識鴻溝；推動量子信息科學技術研究的未來進展；促進量子基礎技術研究的快速發(fā)展。第二，協(xié)調量子信息科學技術的規(guī)劃。第三，提升美國量子信息科學技術研究和相關項目的效率最大化。第四，加強美國聯(lián)邦政府、聯(lián)邦實驗室、企業(yè)和大學之間的協(xié)作。第五，促進量子信息科學技術安全國際標準的制定，實現(xiàn)經濟發(fā)展和保衛(wèi)國家安全的目標。

2.3 《國家量子計劃法案》的基本內容

為了實現(xiàn)上述量子人才戰(zhàn)略目標，《國家量子計劃法案》的制定包括4 個方面的內容：

（1）“國家量子計劃”啟動多個子項目。為了推動量子信息技術在美國使用，設置量子信息科學技術的發(fā)展目標、優(yōu)先項和10 年計劃；實現(xiàn)目標的主要途徑是投資聯(lián)邦量子信息科學和技術的研發(fā)，重點投資領域為量子信息科學技術的勞動力管道；提供聯(lián)邦量子信息科學技術研究、發(fā)展、標準與其他活動的整合規(guī)劃，并促進其與企業(yè)、大學建立伙伴關系。

（2）量子信息科學技術的標準。關注點有兩方面：一是培養(yǎng)培養(yǎng)量子信息科學家；二是促進量子信息科學技術公共和私人部門協(xié)作，包括企業(yè)、大學和實驗室，推動量子信息課程技術的研究進展。

（3）美國國家科學基金會推動量子信息科學技術的活動。其一，開展量子信息科學工程項目，包括支持基礎學科量子信息科學和工程研究，主要為投入人力資源，項目要求是提升本科生、研究生和博士后階段的量子信息科學和工程的教學和學習，并提高量子信息科學技術領域的女性參與率。其二，美國國家科學委員會設置相關項目，支持研究生（特別是屬于美國公民的研究生）獲得量子信息科學的碩士學位或者博士學位。其三，在高等教育機構或者其他非營利機構設置獎學金，建立2 年～5 年的量子研究和教育的多學科中心（multidisciplinary centers for quantum research and education），每家研究中心每年獲得1 000 萬美元的資助，負責開展基礎研究，支持量子信息科學和工程的課程開發(fā)和勞動力發(fā)展、帶入企業(yè)視角促使量子研究創(chuàng)新和培養(yǎng)勞動力；增加量子科學和技術轉換專業(yè)；鼓勵多學科（物理、工程、數(shù)學、計算機科學、化學、材料學）的研究者積極合作；支持勞動力長期和短期的發(fā)展。

(2)聽覺障礙課程設計。聽覺障礙相對于視覺障礙來說，網(wǎng)絡課程的設計相對簡單一些，在網(wǎng)絡課程設計時有以下幾點需要注意：①配備專門的手語教師；②在網(wǎng)絡課程下方配有相對應的解釋說明字幕。

（4）量子信息科學研究項目，包括量子信息科學的本科生和研究生的學習項目，具體為量子信息理論（Quantum Information Theory）、量子物理（Quantum Physics）、量子計算科學（Quantum Computational Science）、應用數(shù)學（Applied Mathematics and Algorithm Development）、量子網(wǎng)絡（Quantum Networking）、量子傳感器和探測器（Quantum Sensing and Detection）、材料科學和工程（Materials Science and Engineering）。量子信息科學技術發(fā)展需要美國國家量子信息科學研究中心（Nanoscale Science Research Centers）、能源前沿研究中心（Energy Frontier Research Centers）和國家實驗室（National Laboratories）等多個部門共同努力。這些部門從不同的角度，都為促進量子信息科學技術的發(fā)展付出了巨大努力。

3 美國量子人才戰(zhàn)略的重要使命

為了實現(xiàn)《國家量子計劃法案》的目標，美國的教育系統(tǒng)需要承擔相應的使命，主要包括促進量子信息科學技術的發(fā)展和培養(yǎng)量子智能勞動力。

3.1 促進量子信息科學發(fā)展，保護國家安全

量子信息科學技術的發(fā)展是一個比較緩慢的過程。在1970 年左右到2017 年12 月之間，美國國家標準技術研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）致力于促進量子信息科學技術創(chuàng)新。從1970 年到1980 年之間，相關研究者開始探索量子信息科學技術。在20 世紀90 年代，量子信息科學技術有很大進展，科學家以多種實驗方式優(yōu)化原子，但在這一時期，很少有物理學家意識到量子信息技術科學的存在。1994 年8 月，美國國家標準技術研究物理學家查爾斯·克拉克（Charles Clark）組織進行國家標準技術研究，啟動了關于量子計算和溝通（quantum computing and communication）的工作坊，讓企業(yè)、學術界和國家實驗室的很多物理學家、數(shù)學家和計算機科學家一起開展研發(fā)工作，作為芯片項目的一個部分，該工作坊致力于創(chuàng)造更加小巧、便宜、高性能和容易制造的量子傳感器。

量子信息科學技術的發(fā)展關系到國家安全。《美國量子網(wǎng)絡的戰(zhàn)略構想》指出，量子網(wǎng)絡將會研發(fā)通信、新的傳感設備和量子計算機，該領域的研究會推動基礎科學發(fā)展和使用量子設備，從而保障美國的國家安全［15］?！侗孀R后量子密碼中的研究挑戰(zhàn)》指出，后量子密碼中包括核心的后量子研究和量子科學研究的兩個重疊領域，為保持美國的國家安全具有重要意義［16］。

量子信息科學技術的研發(fā)，需要采取一系列有效措施?！洞龠M量子研究的協(xié)調之道》提出促進量子網(wǎng)絡的技術性建議，如持續(xù)性開展研究、促進量子網(wǎng)絡的發(fā)展，包括開展計算法則的理論性和實證性研究；優(yōu)先研究量子網(wǎng)絡的核心部分，因為量子網(wǎng)絡的發(fā)展需要資源、探測器、記憶等核心技術部分，而這些技術正處于研發(fā)初期，需要材料科學、量子光譜、電氣工程和量子控制等方面的綜合性研究［17］?！稄倪h程通信到構建國家量子網(wǎng)絡》指出：優(yōu)先研究方向為提供基礎建造設備；整合多元化量子網(wǎng)絡設備，創(chuàng)造重復性、可轉換性的量子互聯(lián)，讓量子網(wǎng)絡具備更好的糾錯功能；改善通信、電子和軟件等經典技術研究，支持量子網(wǎng)絡發(fā)展；需要開展型號精確的量子網(wǎng)絡測試，從而探索量子網(wǎng)絡行為的科學問題［18］。

3.2 培養(yǎng)量子勞動力，促進經濟發(fā)展

美國需要多樣性、包容和可持續(xù)的勞動力，具體是指掌握企業(yè)、學術界、國家實驗室和美國政府要求的技能人才。2018 年的量子信息白宮峰會高度重視培養(yǎng)量子智能化工人（quantum-smart workforce）。2020 年，《促進量子美國在科學技術方面的全球領導力》指出，量子信息科學發(fā)展需要重視培養(yǎng)具有相應技能的勞動力［19］。2022 年，美國財年計劃的重點之一是提升量子企業(yè)的勞動力質量，提供關鍵設施，保持美國國家安全、經濟發(fā)展和國際協(xié)作［10］。美國在培養(yǎng)量子信息科學技術勞動力的過程中會遇到一些棘手問題，《美國量子信息科學技術勞動力發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃》指出，量子信息科學技術勞動力面臨四大挑戰(zhàn)：其一，理解生態(tài)系統(tǒng)技術需求的挑戰(zhàn)；其二，高中生和本科生層次的研究受到限制；其三，量子信息科學技術的專業(yè)人才受全球企業(yè)青睞，需要通過本土培養(yǎng)和國際協(xié)作滿足這一需求；其四，多樣化的量子信息科學技術勞動力需要所有美國人參與。

為了培養(yǎng)掌握量子信息科學技術并滿足這一時代需求的勞動力，美國需要采取相應的措施，《美國量子信息科學技術勞動力發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃》提出培養(yǎng)量子信息科學技術勞動力的四大舉措：第一，理解量子信息科學技術創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中對勞動力的短期需求和長期需求，從而滿足這種需求?！懊绹孔佑媱潯敝械膬?yōu)先項是培養(yǎng)量子勞動力。為了促進美國經濟發(fā)展和推動量子信息科學發(fā)展，需要讓更多人掌握量子信息科學技術，提高所有教育學段的科學、技術、工程和數(shù)學（STEM）教育質量，加速探索量子信息科學技術前沿，擴大量子信息科學技術的人才“蓄水池”。量子信息科學技術勞動力需要美國政府、學術組織、專業(yè)協(xié)會、非營利組織、企業(yè)和國際伙伴共同協(xié)作。第二，通過向公眾宣傳，讓更多人了解量子信息科學技術。第三，通過提供專業(yè)教育和培訓機會，解決量子信息科學技術的鴻溝。第四，讓量子信息科學技術中的職業(yè)及其相關領域更加開放、更加公平。

4 美國量子人才戰(zhàn)略中的教育舉措

教育系統(tǒng)不能完全承擔人才培養(yǎng)的重任，需要與政府和企業(yè)共同協(xié)作，也需要采取具體措施，即外引和內培?！巴庖笔侵该嫦驀H，吸引掌握量子信息科學技術的高層次人才；“內培”是指運用國內現(xiàn)有師資，在不同教育階段，培養(yǎng)掌握量子信息科學技術人才和智能量子勞動力。

4.1 招攬國際量子信息科學技術人才，打造人才“蓄水池”

但是，當前美國的國際攬才計劃有很多障礙。第一，受到新冠病毒感染疫情（以下簡稱“疫情”）影響。2020 年秋季，美國高等學歷學位教育的國際招生數(shù)為605 000 人，比2019 年減少了177 000名學生，降低了23%；本科生招生數(shù)從2019 年的419 000 人下降到315 000 人，比例約25%；研究生從2019 年的363 000 人下降到2020 年的290 000 人，比例約為20%［22］。疫情是很多國家國際攬才的共同障礙。第二，當前國外研究者很難獲得長期簽證。簽證難度使得美國的國際學生和國際研究者留在美國的不確定性增加，因此，美國政府希望通過提供可獲得的實用培訓（optional practical training，OPT）和J-1簽證項目（J-1 visa program）解決難題［23］。第三，全世界各國都重視招攬量子信息科學技術領域的國際人才且具有一定吸引力。美國也逐漸意識到其他國家的國際攬才政策的吸引力增加，比如，中國通過海外人才回國服務、海外人才為國服務等綜合戰(zhàn)略，增強了對海外人才吸引力［24］。

4.2 早期教育階段：提升量子信息科學技術的意識

國際攬才會遇到很多障礙，使得量子信息科學技術人才競爭在很大程度上成為各國教育體系的競爭，意味著需要重視內部培養(yǎng)量子科學技術人才。早期教育階段主要是提升量子信息科學技術意識，培養(yǎng)學習者對量子信息科學技術的興趣?！睹绹孔有畔⒖茖W戰(zhàn)略概覽》指出，早期教育階段包括義務教育階段、中學階段和高中階段，應該學習量子科學［25］。2018 年，量子信息白宮峰會指出，美國聯(lián)邦政府會在早期教育階段提供開放式量子學習的教育機會，從而保障量子信息科學技術領域有多樣化的勞動力［26］。2020 年8 月，美國國家科學基金會提出Q12 教育（national Q-12 education partnership）實施量子信息科學教育，［27］為培養(yǎng)掌握量子信息科學技術的勞動力做準備，這有利于鼓勵下一代在大學教室、社區(qū)學院和線上課程之外有更多機會開始并持續(xù)學習材料學、量子信息科學等相關課程。這些課程主要包括四大要點：一是讓更多學生盡早接觸高質量的量子信息科學教育材料，二是幫助進入大學前的學生制定關于從事量子信息科學的職業(yè)規(guī)劃，三是面向公眾普及量子信息科學的概念，四是讓更多教育者參與研發(fā)量子信息科學的教育材料和設計相關課程［28］。

4.3 高等教育階段：提供量子信息科學技術的課程、設置學科和頒發(fā)學位

在教育系統(tǒng)內部，初等教育階段和高等教育階段不是完全割裂，而是有相通之處，不過側重點不同。高等教育階段主要是高校提供相應課程、設置相應學科和學位，培養(yǎng)從事量子信息科學技術的研究能力和相關技能。第一，高校通過提供相應課程，培養(yǎng)學生掌握一定的量子信息科學技術知識，并具備一定的量子技能。第二，設置相應學科?！睹绹孔有畔⒖茖W戰(zhàn)略概覽》指出，鼓勵學術界設置量子科學和量子工程兩個獨立學科，并且滿足這兩個學科所有層次的新教師、新項目和新計劃需求。第三，根據(jù)量子信息科學技術的工作要求，設置物理學士、物理碩士、物理博士、工程學士、工程碩士、工程博士、數(shù)學博士、計算機科學的學士和博士等，從而培養(yǎng)學習者掌握協(xié)作環(huán)境中推動軟件發(fā)展、工程和系統(tǒng)設計技能等量子信息技能，團隊協(xié)作技能和商業(yè)運作意識［25］。2018 年，量子信息白宮峰會指出，在本科學段中設置特定量子學士學位、專業(yè)碩士學位和哲學博士學位，并特別重視為相關學科的研究生和博士后設置獎學金［26］。具體見表2。

表2 美國量子技能教育的學位設置

5 美國量子人才戰(zhàn)略實施的特點

美國企業(yè)、學術界、教育者和國家科學基金會的資助者，協(xié)力開發(fā)出從中學階段到大學階段的量子科學課程材料和教師專業(yè)發(fā)展培訓?！秶伊孔佑媱澐ò浮返奶攸c是，將教育系統(tǒng)置于量子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中的首位，注重推動多學科協(xié)同發(fā)展，并重視傳統(tǒng)基礎學科發(fā)展。

5.1 創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中的教育子系統(tǒng)堅持“科學優(yōu)先”原則

美國量子信息科學技術的發(fā)展依賴于構建重點實驗室、學術界和企業(yè)的多組織創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)?！睹绹孔有畔⒖茖W戰(zhàn)略概覽》指出，美國量子信息科學技術的發(fā)展需要學術界、企業(yè)、政府共同協(xié)作，形成緊密的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，保護知識產權，促進量子信息科學技術轉換［25］。2022 年，我國教育部辦公廳、工業(yè)和信息化部辦公廳、國家知識產權局辦公室［29］聯(lián)合發(fā)布《關于組織開展“千校萬企”協(xié)同創(chuàng)新伙伴行動的通知》，推動高校與企業(yè)創(chuàng)新合作，促進創(chuàng)新產業(yè)鏈深度融合，探索構建高校知識產權、科技成果轉化庫和企業(yè)需求庫。

在量子信息科學技術發(fā)展的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中，學術界的使命是培養(yǎng)量子信息科學技術人才?？茖W家能夠從不同領域研究量子現(xiàn)象，運用各自學科的專業(yè)術語，共享科學前沿觀念，促使量子信息科學技術快速發(fā)展。學術界不是在“科技孤島”中，而是需要與企業(yè)、政府攜手。其一，學術界和企業(yè)協(xié)作。量子科學革命不僅需要大學和國家實驗室，也需要企業(yè)投資研發(fā)量子計算機，促進技術發(fā)展。谷歌（Google）、英特爾（Intel）和微軟（Microsoft）等公司均已經有量子科研團隊，在努力研發(fā)硬件。從大學實驗室到企業(yè)，國家標準技術研究持續(xù)發(fā)揮其影響力，支持研究者從事推動量子革命的軟件研發(fā)。量子信息科學技術的發(fā)展就像硬幣的兩面，一面是硬件，另一面是運算法則和其他軟件相關研究。其二，量子信息科學技術發(fā)展需要學術界和政府協(xié)作，聚集多學科專家。2014 年，美國國家標準技術研究所和馬里蘭大學（University of Maryland）共建量子信息和計算科學聯(lián)合中心（Joint Center for Quantum Information and Computer Science，QuICS)，通過關注數(shù)學和計算機科學，重點研究量子信息科學技術。2022 年，美國財政優(yōu)先的政策堅持科學優(yōu)先的方法（science-first approach）促進量子信息科學技術發(fā)展，培養(yǎng)量子時代的智能勞動力，提升量子企業(yè)的勞動力技能，提供關鍵設施，促進國際協(xié)作［10］?！睹绹孔有畔⒖茖W戰(zhàn)略概覽》同樣指出，貫徹“科學優(yōu)先”原則發(fā)展量子信息科學技術［25］。

美國政府在量子信息科學技術發(fā)展中具有不可替代的作用，主要體現(xiàn)為國家量子協(xié)調辦公室主要負責促使聯(lián)邦政府、量子計算和溝通系統(tǒng)的發(fā)展。第一，量子信息主管部門和眾多部門一起協(xié)同推進，包括國家標準技術機構、能源部（Department of Energy，DOE）、國防部（Department of Defense，DOD）、國家航天主管部門（National Aeronautics and Space Administration，NASA）和國家安全部門（National Security Agency，NSA）及其學術共同體、企業(yè)等。第二，政府提供好的政策環(huán)境?！蹲屃孔觽鞲衅鹘Y果實》指出，美國政府為企業(yè)和學術界都提供好的政策環(huán)境，促使量子傳感器等技術轉換［30］。同時，美國政府需要制定保護性政策，促進量子信息科學技術發(fā)展。為了加強培養(yǎng)美國半導體勞動力，美國政府需要投資國內基礎研究，形成政府、企業(yè)、學術界的良性合作伙伴關系，并鼓勵美國本土學生從事半導體研究生項目學習，且為其提供一些高質量實習項目［31］。

企業(yè)提供重要的實習項目。QED-C 的成員包括企業(yè)和學術界［32］，主要的相關企業(yè)有阿爾法（Alpha Rail）、CJW 量 子（CJW Quantum）、劍橋量子（Cambridge Quantum），學術界包括哈佛大學、斯坦福大學、芝加哥大學的量子交流（Chicago Quantum Exchange）。量子企業(yè)一般從事的領域包括量子傳感、量子網(wǎng)絡和通信（quantum networking and communication）、量子計算硬件（quantum computing hardware）和量子計算法則和應用（quantum algorithms and applications）［32］。美國企業(yè)所奉行的核心價值是自由探索和互惠［11］，自由探索允許個人好奇驅動開展的科學探究，該價值觀讓美國的企業(yè)愿意與學術界保持聯(lián)系；互惠是確?？茖W家和其他機構交換材料、知識和數(shù)據(jù)，獲得設備和培訓，讓合作伙伴受益的原則，該價值觀讓企業(yè)與政府、學術界等能保持良好的關系。企業(yè)在量子信息科學技術發(fā)展過程中的重要性日益增強。從2012年到2019 年年初，根據(jù)《自然》（Nature）雜志［33］分析，私人企業(yè)家已經至少資助了52 家量子信息科學技術公司，這些企業(yè)很多是從大學實驗室孵化出來。我國政府高度重視發(fā)揮企業(yè)的積極作用。2015年，我國實施制造強國建設戰(zhàn)略，提出要推進國家技術創(chuàng)新示范企業(yè)和企業(yè)技術中心建設，充分吸納企業(yè)參與國家科技計劃的決策和實施。

5.2 推動量子工程、量子機械及材料科學等多學科交叉融合

美國國家量子協(xié)調辦公室需要確保量子研究和多學科發(fā)展。為了促進量子信息科學技術發(fā)展，美國國家科學基金會將大學、國家實驗室和企業(yè)的研究者聚集在一起，開展多學科研究，為培養(yǎng)量子信息科學技術發(fā)展儲備優(yōu)質人才?！洞龠M量子信息科學：國家挑戰(zhàn)和機會》指出，量子信息科學家只是接受具體學科的教育是不夠的，而量子信息科學技術的發(fā)展有賴于物理、計算機科學、應用數(shù)學、電氣工程和系統(tǒng)工程［34］?！读孔忧把貓蟾嬷畤覒?zhàn)略中量子信息科學的共同體投入》指出，為了量子信息科學技術使更廣大群體受益，應該設置量子工程（Quantum Engineering）、材料學（Material Science）和量子機械（Quantum Mechanics）等專業(yè)［35］。《美國量子信息科學技術勞動力發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃》也指出，量子信息科學技術需要計算機科學、工程學、化學和材料學等方面的研究進展，從而形成多學科團隊［36］。

量子信息科學技術的發(fā)展不是由單一學科推動的?！秶H人才在量子信息科學中的角色》表明，從2014 年到2018 年，美國約43%物理專業(yè)、56%計算機科學專業(yè)、64%電氣工程專業(yè)的博士學位都是由國際學生獲得［5］。目前，美國高等教育主要為量子信息技術發(fā)展培養(yǎng)物理領域的人才，但是，隨著量子企業(yè)的發(fā)展，量子信息科學技術發(fā)展越來越缺乏計算機科學、數(shù)學、機器學習和軟件工程等方面的人才［37］。

5.3 STEM 是量子工程專業(yè)技術含量“金字塔”的基石

《美國量子信息科學技術勞動力發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃》指出，量子信息科學技術的發(fā)展，并不表明傳統(tǒng)技術和基礎學科不發(fā)揮任何作用，而是建立在傳統(tǒng)基礎學科之上。量子工程專業(yè)的技術含量“金字塔”包括4 個層次：第一層次是STEM 學科，比如電路設計；第二層次是量子信息科學技術意識，比如軟件發(fā)展和數(shù)據(jù)科學家；第三層次是量子信息科學流暢，比如實用建筑家、工程師；第四層次是量子信息科學專家。隨著研究層次提高，人們的量子信息意識也不斷提高。

量子信息科學技術的發(fā)展需要高度重視STEM教育，并具備編碼、數(shù)據(jù)分析、電子電路設計、實驗室經驗及其光譜、材料、機械工程方面的知識。STEM 教育專家關注多樣性、平等性和包容性，確保量子信息科學技術知識和技能的培訓，實現(xiàn)高端技術創(chuàng)新。很多技術需要科學家、工程師和企業(yè)家協(xié)同創(chuàng)新，市場競爭和協(xié)作將會持續(xù)發(fā)揮引領性作用，這些改變需要系統(tǒng)性的文化變遷，從而創(chuàng)造包容、公平的學習環(huán)境。2019 年，美國學術圓桌會議探討關于量子信息科學進展現(xiàn)狀，學術專家勾勒新教學方法和研究方法，幫助傳統(tǒng)的STEM 領域（特別是工程和計算機科學領域）的學習者運用量子信息科學的概念［38］。

根據(jù)美國科學委員會的調查，截至2019 年，美國的科學和工程學的勞動力共2 500 萬人［39］。其中科學和工程學士學位獲得者分散在不同領域，在企業(yè)占比最高，為71%，在教育領域占比其次，為18%，在政府部門占比最小，為11%；科學和工程博士學位的獲得者，在企業(yè)占比為48%，在教育領域占比為43%［39］。還有數(shù)據(jù)顯示，從2017 年到2020年，在美攻讀科學領域的博士研究生從186 399 人增加到196 742 人，工程領域從68 825 人增加到71 279人［40］。這些數(shù)據(jù)表明，美國STEM 教育具有很好的基礎，有利于量子信息科學技術的進一步發(fā)展。

6 美國量子人才戰(zhàn)略中的挑戰(zhàn)

美國量子人才戰(zhàn)略實施過程中的挑戰(zhàn)是科技轉換的時間焦慮、學術晉升與終身教職的沖突和“文化遷移”。

（1）科技轉換的時間焦慮。社會的浮躁心態(tài)、高校的功利心和教師個體的得失心，決定了對于科技轉換周期長的焦慮?？萍及l(fā)展不能成為“只開花，不結果”的虛幻，而是需要將科學技術轉化為實際產品或者商品。量子信息科學技術的發(fā)展需要投入大量資金和時間，轉化為科技成果需要耗費很長時間。

（2）學術晉升與終身教職的沖突。由于學術界的考核評價方式往往比較單一化，在沒有獲得終身教職之前，青年教師感受到時間壓力，成為“知識工人”［41］。例如，晉升和終身教職委員會認可專業(yè)獎項或者學術發(fā)表，難以評價對量子信息科學技術發(fā)展的多種貢獻。

（3）不同組織文化之間的沖突。量子信息科學技術發(fā)展，不僅僅取決于科技本身的研究進展，還需要一種有利于科技創(chuàng)新的多部門之間的協(xié)同。當前，在美國量子信息科學技術的發(fā)展中，美國政府部門與學術界、企業(yè)界搭建的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中，各主體由于具有不同的組織特性，從而具有不同的組織文化，為了促進多部門有效合作需要“文化遷移”（cultural shifts），因為一些部門的項目也需要新資源、提供新機會，跨越工作邊界、支持冒險?！拔幕w移”的本質是要求多個部門和機構的持續(xù)努力和領導力，從而有效分配資源和承擔適度風險，其目的是全社會涵養(yǎng)一種“發(fā)現(xiàn)文化”，從而促進量子信息科學技術發(fā)展。有研究者認為，有利于科技創(chuàng)新的文化需要思想更加崇尚自由［42］。

7 結論

本研究基于美國量子人才戰(zhàn)略的啟動背景，呈現(xiàn)《國家量子計劃法案》的戰(zhàn)略目標、基本內容、教育系統(tǒng)承擔的使命及采取的教育舉措，并分析相關教育特征及其實施過程中的挑戰(zhàn)，形成以下研究結論：第一，美國量子人才戰(zhàn)略啟動背景為應對國際競爭、促進量子信息科學技術發(fā)展、保護國家研究安全和推動經濟高速發(fā)展；第二，《國家量子計劃法案》主要包括四方面內容: “國家量子計劃”啟動多個子項目、制定量子信息科學技術的標準、美國國家科學基金會資助量子信息科學技術的相關活動、設置多項量子信息科學的本科生和研究生學習項目；第三，量子人才戰(zhàn)略目的是確保美國在量子信息科學及其運用中的領導力，為所有美國人創(chuàng)造新機會，包括5 個子目標：支持量子信息科學技術的研發(fā)和運用、協(xié)調量子信息科學技術的規(guī)劃、提升美國量子信息科學技術研究和相關項目的效率最大化、促進量子信息科學技術安全國際標準的制定以及加強美國聯(lián)邦政府、聯(lián)邦實驗室、企業(yè)和大學之間的協(xié)作，實現(xiàn)經濟發(fā)展和保衛(wèi)國家安全的目標；第四，美國教育系統(tǒng)需要承擔相應的使命，主要包括促進量子信息科學技術的發(fā)展和培養(yǎng)量子智能勞動力；第五，美國量子人才戰(zhàn)略中的教育舉措主要包括：通過招攬國際量子科技人才提高相關研究領域的競爭力，通過在早期教育階段提升學習者量子信息科學技術的教育意識和在高等教育階段提供與量子信息科學技術相關的課程、學科和學位，培養(yǎng)掌握量子信息科學技術的研究者和量子智能勞動力；第六，美國量子人才戰(zhàn)略的特征為教育系統(tǒng)與政府、企業(yè)形成緊密的創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，堅持“科學優(yōu)先”原則，注重推動量子工程學、量子機械學及材料學等多學科交叉融合，發(fā)揮STEM 基礎傳統(tǒng)學科在量子工程中的基石作用；第七，美國量子人才戰(zhàn)略面臨的挑戰(zhàn)主要為相關人才對科技成果轉化的時間焦慮、學術晉升與終身教職的沖突和“文化遷移”。

在我國高水平科技自立自強發(fā)展背景下，以上結論對我國高科技人才培養(yǎng)的啟示如下：

第一，面向核心科技需求，繼續(xù)發(fā)揮我國政治制度優(yōu)勢，健全關鍵核心技術攻關新型舉國體制，高度重視前沿科技發(fā)展。這需要政府具有前瞻性意識，主動制定促進科技發(fā)展相關法案，并通過系列配套措施為高科技發(fā)展提供良好及穩(wěn)定的制度環(huán)境。這種制度環(huán)境的功用主要在于兩個方面：一是打破常規(guī)，引導不同機構之間開展實質性協(xié)作，形成創(chuàng)新研究生態(tài)系統(tǒng)；二是“有組織”不僅是不同組織利益的契合、組織形式/行為的緊密耦合，更重要的是一種內在的自我組織，即科技研究者有足夠的好奇心、科學精神和科研勇氣，讓高科技領域的研究者在最有科研激情的狀態(tài)下從事其所熱愛的科學研究。最終，逐漸形成我國核心科技領域在全世界范圍內領跑的格局。

第二，服務國家重大戰(zhàn)略，政府主導制定并實施中長期專項科技發(fā)展的國家戰(zhàn)略，明晰科技人才培養(yǎng)目標，引導教育系統(tǒng)主動承擔高科技人才培養(yǎng)使命，并形成相對開放的文化，通過政府、高校所在城市、高校、相關科技企業(yè)等協(xié)同營造友好輕松的科技發(fā)展氛圍，吸引國際、國內高水平科技研究者，且為其在重大科研項目設計及申報、科研設備購買等方面提供強有力的支持。圍繞中長期專項科技發(fā)展的國家戰(zhàn)略，在全社會范圍內形成服務高科技人才成長的氛圍，并通過政策引導、績效考核改革等方式，為在科技發(fā)展重點攻關階段的高科技人才預留具有彈性的、有活力的成長空間。

第三，聚焦重點科技領域，促進高科技人才的引進與培養(yǎng)。其一，在教育系統(tǒng)內部，對不同教育階段形成整體性治理框架，采取切實的教育舉措推動高質量的科技人才培養(yǎng)，如轉變“一刀切”式的，以國家自然科學基金立項、高水平論文發(fā)表為主的學術晉升標準，實現(xiàn)分類、有效的評價。高校應該高度重視以“強基計劃”為代表的重要基礎學科的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)，繼續(xù)推進高水平的學科交叉發(fā)展；研究生院、教務處等核心職能部門與二級學院之間緊密協(xié)作，推動高質量的多學科人才培養(yǎng)，為我國高科技人才核心競爭力的形成奠定基礎。