權威專家預計:在不久的將來量子工程人才將嚴重短缺

2020-12-05 量子認知

美國麻省理工學院林肯實驗室首席主任研究員、著名實用物理學教授威廉-奧利弗（William Oliver），最近的一番問答講話頗有參考意義，現提供給大家分享參考，也許可以幫助你對於當代量子科技及其量子工程有個最權威、最直接、最簡潔的了解。

也許有很多人還不太了解麻省理工學院林肯實驗室。先簡單介紹一下。麻省理工學院林肯實驗室（MIT Lincoln Laboratory、簡稱：Lincoln Lab），是美國國防部和美國聯邦政府機構資助的研發中心實驗室，由麻省理工學院管理，位於美國麻薩諸塞州漢斯科姆空軍基地（Hanscom Air Force Base），成立於1951年，其研究宗旨是當代最為先進、最具潛力的種種科學的工程應用技術。

美國麻省理工學院林肯實驗室

下面是奧利弗教授就有關量子計算科技的前景、人才的需求、培養、及所面臨的困境與挑戰等問題的回答。

問：推動量子計算對人才的高需求指的是什麼？

答：量子計算正在從理論轉向實踐，越來越多的政府計劃支持量子信息計算處理：歐盟是個旗艦，中國正在作出很大的努力，英國，澳大利亞，新加坡，加拿大，瑞典，芬蘭也是如此， 還有很多。美國國會最近通過了國家量子倡議，授權在未來五到十年內對量子科技作出超過12億美元的投資。通過所有這些舉措，學術界、政府和行業的職位數量將大幅增加。它在現在和將來絕對是一個員工的市場。

許多公司也在湧入。如果你是一家目前能站得住腳的硬體或軟體公司，並且希望未來在量子計算方面具有競爭力，那麼就必須考慮儘快加入到這場遊戲之中。英特爾之所以在電子計算機晶片製造方面處於領先地位並不奇怪，那是因為英特爾及其早期員工從一開始就進入了電子晶片領域。量子不是那種可以簡單複製的技術，與其它技術不一樣。即使你不是一家掌握量子的「純技術」公司，你仍然有可能擁有一種量子所影響到的一些領域的商業模式，例如優化問題。許多公司都有需要安全維護的加密數據。問題在於不僅僅是公司將如何使用量子計算機來保護其數據安全，而是他們今天所加密的數據如何在未來幾十年裡始終能保持安全。

量子計算工程的明天

問：量子計算方面的人才現在應該如何培養？

答：現在的量子科學家或量子工程師的大多數人基本上都是過去常規的物理或工程專業教育出來的，只是後來接觸到了量子，工程師學到了一些量子物理，物理學家學到了一些計算工程。在任一新技術成為主流之前，不一定擁有針對這一特定新技術的學科。現在的量子科技工程就是處於這樣的境地。

在麻省理工學院，我們正在努力解決這個問題：如何定義量子工程？在我看來，量子工程是將量子科學與工程學科聯繫起來。我們希望能確保麻省理工學院成為量子工程學院的代名詞。需要編寫教科書，發展其基礎和課程。在量子人才供應方面，我們正在培養越來越多的人。我們最終可能需要定義一個新的學科。它可能從研究生階段開始，還有專業發展課程，我現在就是這麼做的。我們也可能會看到本科課程中逐漸出現面向量子工程的課程。

問：人才短缺的影響將會是什麼？

答：與許多先進技術一樣，量子技術會有好的也會有壞的影響。特別是量子技術，既有巨大的機會，也有一些嚴重的國家安全問題。我們需要訓練有素的人員進入政府和行業的職業生涯。政府與企業之間的人才競爭自然會導致具有量子知識技能的人獲得更高的工資。

如何縮小量子人才缺口？我們正在解決這樣一個現實問題：在校學生並不是唯一需要學習量子的人群。已經在業的工程師和物理學家們需要再教育。如今行業和政府內部擁有龐大的人才。隨著公司進入這些新領域，他們正在改變人們。正如我們在林肯實驗室所做的那樣，許多其它的實驗室也正在發生同樣的轉折。我們的重點是幫助人們實現這一目標，並提供足夠的基礎，使他們能夠自學。

問：您如何看待量子計算的前景？

答：量子計算的前景可以分為三個基本領域。一個領域是通用量子計算機方式，可以運行任何算法，就像今天的計算機可以運行任何算法一樣。這需要一套可以執行任意量子邏輯的通用量子門。而且，有許多特定的應用程式，量子計算機可以大大優於傳統計算機。這個領域需要至少10到20年才能實現。這種類型的計算機可以執行密碼分析，可以執行非常複雜的模擬，例如通過使用中斷RSA加密演算法（註：一種麻省理工學院在美國申請了專利的非對稱加密演算法）。

第二個基本領域是量子模擬式的計算機。這樣做可以模擬計算密集型材料特性或化學反應速率。有許多重要的應用程式，我們無法使用今天的經典計算機獲得好的答案。當然，我們可以將問題簡化到我們的經典計算機處理的程度，然而答案卻變得模糊。以用於產生氨的固氮工藝過程為例來說，氨用於肥料，據估計全世界約有1％到2％的能源用於製造氨。但是我們知道細菌可以通過它們的新陳代謝來實現它，這當然不是高溫或高壓。但催化固氮的酶是如此之大，以至於在經典計算機上精確模擬它是不可行的。如果我們能夠構建一個足夠大的量子計算機來進行這種模擬，獲得該分子的反應速率並了解細菌如何做到這一點，那麼我們就可以開發出更節能的工業過程。

另一個例子是優化。可以通過通用量子計算方式、或量子模擬方式、或量子退火方式來執行優化問題。量子退火是一種不同類型的量子計算機，它是否能達到量子優勢還不得而知。與前兩個不同，量子退火方式可能只是一個更快的經典計算機。開發量子退火優化方式或量子模擬優化方式是我們將能看到的最接近的應用前景。我們希望能夠在未來五年裡在量子計算機上回答這些類型的問題。

問：培養必要的量子人才面臨哪些挑戰？

答：為了量子計算能夠成功並最終導致第二次信息處理革命，需要進行商業化。僅靠政府根本無法在長期商業化這項技術所需的水平上為此提供資金。政府在推動這項工作方面發揮著重要作用，但業界必須推動這項工作，將其商業化、創造收入，並利用這一收入在未來開發出更好的產品。為此，我們需要培養很多明天的量子工程師。

對於上面的權威答覆，你的感覺如何？有沒有想學點量子的衝動？或當個明天的量子工程師的感想？

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