当下,量子计算的发展虽然仍处于初期阶段,但是全球已经一片火热。美国国家科学基金会(NSF)与白宫科学技术政策办公室周三宣布了一项新倡议,将量子信息科学(QIS)相关课程加入到整个K-12的教育中,于中国而言,相当于将QIS课程加入到从幼儿园到高三的教育体系中。而此计划的目的是激发学生对QIS的兴趣,以为该领域培养后期人才。

随着量子计算领域的不断发展,无论是国家、学校、还是企业,对量子人才的需求都会大大增加。然而,QIS是一个多学科交叉的新兴学科,包含了数学、物理、计算机等知识,对于当下的教育体系,学生通常只有在大学本科甚至研究生才会了解QIS,这也是量子人才短缺和稀少的主要原因。

美国此举将QIS加入到K-12的教育中,采取了怎样的行动方案?

 

早期布局

早在2018年12月,特朗普总统便签署了《国家量子计划法案》。该法律要求NSF拨款以建立量子研究和教育多学科中心,以支持QIS和工程学的课程和人才的发展。

2020年2月特朗普总统提案,将2021财年量子信息科学研究预算增加50%。

2020年5月推出的《Endless Frontiers Act 》法案 ,NSF设立一个技术理事会,将在5年内提供1000亿美元,用于投资包括量子计算在内的研究和技术。

2020年7月,白宫科学技术政策办公室和美国国家科学基金会(NSF)宣布,投资7500万美元在全国范围内建立三个量子计算中心。用于量子计算领域的研究和开发,同时帮助开发量子计算领域的内容,以帮助增加该领域的人才储备,带动该领域发展。

 

建立Q2Work计划

Q2Work是由美国国家科学基金会资助的,由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和芝加哥大学牵头,为 K-12学生提供量子教育、课程、以及工具。

Q2Work将作为国家Q-12合作伙伴关系的协调成员,推出教学数字工具,进行协作交流和其他推广活动,以帮助增加有关群体参加到该领域中,从而扩大学生的学习机会。其目标是支持学习者和教育者发展量子信息科学和技术方面的竞争性人才。

 

实锤,美国面向中小学生开设量子课程-量子客
图1 | Q2Work (来源:NSF)

 

建立国家Q-12教育合作伙伴关系

全国Q-12教育合作伙伴包括科技公司,科学专业协会,学者和NSF资助的Q2Work计划。其目标是为来自不同背景、不同年龄的学生提供QIS教育的机会、渠道和高质量的教学,并最终扩大准备进入量子职业领域的学生的范围,发展一支多元化的量子人才队伍,以使未来的QIS创新者能够发现、发明新技术并推动社会变革。

该伙伴关系将凝聚国家、企业和学术界的量子参与者的资源和力量,向全国各地的教育工作者制作和传播相关的学习材料和机制,并最终帮助他们创造新的课程和机会,以激发学生参与量子领域的学习和工作。

当前,为 Q-12教育伙伴关系创始成员的合作伙伴包括:

 

  • 企业:亚马逊、谷歌、IBM、洛克希德 · 马丁公司、微软、蒙大拿仪器公司、Zapata 、波音;
  • 专业学会:美国物理学会、国际光学与光子学会(SPIE)、光学学会(OSA)、IEEE-USA;
  • 高校:伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校城市香槟、芝加哥大学。

 

实锤,美国面向中小学生开设量子课程-量子客
图2 | 国家Q-12教育合作伙伴关系成员(来源:q12education)

 

K-12教育,领头人都怎么说

美国首席技术官Michael Kratsios在一份声明中说: “量子信息科学是未来的一个关键产业,美国必须在这个产业中领导世界,现在我们将成为世界上首批向全国范围内的 K-12学生和教育工作者提供量化教育工具和资源的国家之一。”

IBM 量子教育主管 Abe Asfaw 表示:“量子计算作为一个领域,只有通过跨学科的教育才能发展起来,比如商业和化学,或者物理和金融。让量子在不同学科中无处不在,是我们发现和开发具有量子优势的商业和科学应用的方式。IBM正在为 K-12学校提供量子教育者计划,通过云计算为教师和学生提供 IBM 量子系统的优先使用,还将通过嵌入在 Qiskit 教科书中的游戏化互动学习支持 K-12教学,并与 Q2Work 学术伙伴密切合作,在大学前推广量子教育。”

量子工业联盟执行董事Paul Stimers表示:“美国迫切需要合格的量子科学家、工程师和技术人员,随着量子经济的发展,这种需求正在迅速增加。我们需要一条强有力的美国渠道来获取相关人才,还需要从其它国家招募和留住大量顶尖人才。包括我在内的量子计算、通信和密码公司联盟都希望美国政府能够培养一支强大的量子技术人才队伍。而国家Q-12教育合作伙伴关系正是满足对更多合格量子工作者的迫切需求迈出的极好的第一步。”

 

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