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未来是量子的：却面临迫在眉睫的“技能危机”......

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发布时间：2023-11-15
 
每年九月，都有一批新的大学生背起行囊奔赴大学，拖着装满被褥、书籍、锅碗瓢盆的行李箱，来到新的、陌生的学生宿舍，开始完全脱离父母监管的“危险生活”。
 
根据英国的最新数据，其中近3万人将学习数学科学，10.2万人和9万人将分别学习工程学和计算机科学课程。谷歌、IBM和微软等公司都希望其中的几千人能对量子计算的基础知识产生兴趣。虽然量子计算行业正积极获得大量风险投资和政府资助，但新出现的技能危机意味着该行业的长远未来取决于能否让有抱负的工程师和物理学家摆脱大银行、航空航天公司和人工智能初创公司的魔掌，进入实验室将量子计算机的理论变为现实。
 
 
到目前为止，他们做得并不好。
 
麦肯锡去年发布的一份报告显示，在量子市场上，平均每三个职位空缺才有一个合格的候选人——预计到2025年，所有量子计算职位中只有不到一半能够被填补。
 
 
这些职位也将不同于那些帮助建立当前量子初创企业浪潮的职位。直到最近，量子计算行业还在优先招聘那些具备硬科学技能的人才（比如量子物理学博士），或者研究超冷和物质状态的普通专家。
 
现在，随着该行业从理论转向现实，就业市场也变得务实起来。一种新的角色已经出现，即所谓的“量子工程师”，它要求新聘人员具备更多的工程学知识，以实际制造出能够满足整个行业崇高期望的计算机。
 
随着时间的推移，量子行业的主要参与者并没有完全坐视其技能需求的变化。事实上，许多公司都积极投资，开设了新的大学课程和助学金，并在教育阶梯的下层加强了对所有量子事物的参与。特别是IBM公司，它在2016年推出了自己的“量子体验”计划，并开源了著名的Qiskit开发者工具包，让程序员只需掌握Python语言即可与量子计算机连接。
 
初创企业在发展过程中也提供了类似的服务。例如，芬兰超导量子比特公司IQM Spark通过其IQM学院计划，为研究人员和大学本科生到博士生提供使用自己量子计算机的机会。与IBM和大科技巨头通过云和共享网络提供访问权限不同，这家芬兰公司通过预装的5QB量子处理器为有抱负的量子工程师提供实践经验。
 
提供的项目不止这些。耗资25亿英镑的《英国国家量子战略》将技能差距列为其主要优先事项之一，特别是在为研究生技能、专业技术人员和学徒提供新的人才计划方面。虽然还没有列出具体的举措，但在未来几年里，将向大学提供资金，用于开发类似爱丁堡大学量子算法计划的新项目。
 
2023年4月，英国国家量子计算中心（NQCC）和爱丁堡大学信息学院签署了一份关于开发量子软件和应用中心的谅解备忘录，旨在克服关键挑战，加速量子计算的发展并研究量子计算机可以提供传统计算机无法企及的新优势
 
与此同时，美国拜登政府将量子人才短缺问题称为“国家安全漏洞”，并宣布打算通过《国家量子倡议法案》资助人才计划。
 
在过去十年中，包括澳大利亚、美国、英国、中国和欧盟在内的各国政府共同承诺投入数十亿美元发展量子技术产业。这还不包括谷歌、微软、IBM 等科技公司和小型初创企业的商业投资。
 
 
量子技术包括磁传感器、原子钟以及量子计算机，一些专家预计，这些技术的开发至少需要十年时间才能投入商业应用。量子技术的支持者将这些设备称为技术范式的转变：量子力学可以实现极其精确的测量，并为计算机计算数字提供了一种全新的方式。
 
许多行业都在打赌，他们将从预期的量子计算革命中获益。从软件开发人员到生物学家和化学家，用户都在研究量子技术能否促进其领域的发展。
 
随着该行业的发展，专家们已经开始抱怨缺乏合格的求职者，而且这一缺口很可能会扩大。
 
例如，据估计，到2045年，澳大利亚的量子技术产业将提供1.94万个工作岗位（见go.nature.com/3ubxvac），但2016年的一项调查显示，全国仅有约5000名物理学博士（见go.nature.com/46rgpuu）。
 
IBM物理学家奥利维亚·兰斯（Olivia Lanes）说，量子技术需要来自不同教育水平的工人
 
对此，纽约约克敦高地的IBM公司研究员、物理学家奥利维亚·莱恩斯（Olivia Lanes）认为：“很多人并不了解量子技术。很多人在看到技术强大之前都不想进入这个行业，但没有他们，我们能让技术强大吗？”
 
安德烈娅·莫雷洛（Andrea Morello）在澳大利亚悉尼新南威尔士大学的量子工程教学实验室指导学生。
 
物理学家安德烈娅·莫雷洛（Andrea Morello）说：“物理学研究生学位通常需要五年或更长的时间，我们根本无法以足够快的速度培养出博士来满足这个蓬勃发展的行业的需求。相反，该行业将主要需要受过相关量子主题本科培训的工程师，如硬件组件如何工作以及如何编写相关软件。”
 
量子产业的发展与计算机科学产业过去50年的发展相似。根据美国人口普查局（US Census Bureau）的数据，1970年至2014年间，美国计算机领域的工作岗位增长了十倍以上；20 世纪70年代初，许多大学纷纷开设并扩大了计算机科学本科课程。
 
为了满足人才需求，一些大学正在开设学士和硕士级别的量子培训课程。2019年，德国萨尔大学开设了与新南威尔士大学类似的量子工程本科学位，并在一年后推出了硕士课程。位于布莱克斯堡的弗吉尼亚理工大学的本科生可以选择量子与信息科学作为第二专业，该专业于2022年推出。量子实验专家亚伯拉罕·阿斯法夫（Abraham Asfaw）甚至说道：“几乎每周，我都会在某个地方了解到一个新项目。”
 
谷歌量子实验员亚伯拉罕·阿斯法夫（Abraham Asfaw）在加利福尼亚州圣巴巴拉的实验室里研究稀释制冷机
 
 
新南威尔士大学的量子课程源自莫雷洛和他的同事们开设的硕士课程。这些课程要求学者们重新思考如何教授量子力学。
 
传统的方法来自理论物理学的视角，其核心是理解理想化量子对象的行为，例如单个密闭粒子。物理学家莱克斯·肯珀（Lex Kemper）解释说：“在传统的量子力学课程中，你（可能）会花一天时间谈论应用，但这并不是课程的重点。”他正在罗利的北卡罗来纳州立大学开发一门本科量子工程课程。
 
例如，物理系本科生通常通过物理学家尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）的氢量子模型（最简单的原子）来学习量子化能级，其中量子物体只能以离散的量或“量子”来损失或获得能量。玻尔的模型将氢描绘成一个带正电荷的原子核和绕其运行的带负电荷的电子，原子可以通过发射或吸收光子（一种光粒子）来损耗或获得量子能量。相反，莫雷洛在教学中使用了一个真实世界的例子：一种被称为量子点的材料，它被用于一些发光二极管和一些电视屏幕中。他说：“我现在教授量子力学的方式要比上世纪90年代我读本科时教授量子力学的方式更有吸引力。”
 
莫雷洛还以一种对计算机更友好的方式教授量子力学背后的数学。他的学生学习用矩阵来解决问题，他们可以用为Python编程语言编写的代码来表示矩阵，而不是在纸上写传统的微分方程。
 
他在新南威尔士大学的同事也在开发实验室课程，让学生亲身体验量子技术中的硬件。例如，他们设计了一个教学实验室，利用市场上出售的被称为氮空位中心的合成金刚石来传达量子自旋的基本概念，量子自旋是电子和其他一些量子粒子的特性。学生可以使用磁铁和激光来观察和测量金刚石的量子自旋所产生的效应。
 
量子计算公司也正在直接帮助发展量子教育。量子计算行业的总体目标是建造量子计算机并研究如何使用它们，要实现这些目标，需要一支庞大而多样化的人才队伍，因此帮助培训这支人才队伍也符合公司的利益。
 
公司正在为本科教育工作者提供教学资源。IBM的Qiskit和谷歌的Cirq都是开源软件包，任何人都可以使用和构建。对于那些已经离开大学的人来说，如果他们愿意花时间，为这些软件做出贡献，就能找到一份与量子计算相关的工作。艾比·米切尔（Abby Mitchell）在约克敦高地的IBM量子团队工作，她本科学习的是文科和理科，通过为Qiskit编写和调试代码，她在工作中学习了量子计算。她说：“我成功地从在IBM从事网络开发的旧工作转为Qiskit社区团队的全职成员。”
 
IBM量子研究员艾比·米切尔
 
事实上，目前还不清楚量子技术将如何带来商业价值；在很多方面，它都是在寻找问题的解决方案。量子通信，如创建和传递用单光子编码的加密密钥，理论上比目前的加密技术更安全。但这些技术在实践中取得的成果参差不齐，而且需要银行和政府等机构的支持。
 
现有的量子计算机仍然错误百出，无法执行具有商业价值的算法，而研究人员也还没有搞清楚他们是否能用这些稚嫩的机器做些有用的事情。在某些方面，这是一个“先有鸡还是先有蛋的问题”。
 
但同时，量子技术的前途未卜也是一个机遇。即使量子计算在未来几年内无法取得商业上的成功，也可以将这些技能用于量子传感等短期技术中。
 
目前，没有人真正知道什么是量子工程师。但十年后，他们就会知道了。
 
参考链接：
[1]https://www.mckinsey.com/capabilities/mckinsey-digital/our-insights/five-lessons-from-ai-on-closing-quantums-talent-gap-before-its-too-late
[2]https://techmonitor.ai/hardware/quantum/quantum-computing-has-a-looming-skills-gap
[3]https://quantum-computing.ibm.com/
[4]https://www.iqmacademy.com/
[5]https://www.ed.ac.uk/informatics/news-events/news/2023/nqcc-software-lab-university-of-edinburgh-quantum#:~:text=It%20is%20a%20multi%2Ddisciplinary,the%20reach%20of%20classical%20computing.

[6]https://www.nature.com/articles/d41586-023-03511-7

 

 

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