第二次量子革命需要工程師、物理學家、計算機科學家等等。

對我們大多數人來說，量子計算、下一代量子傳感和量子網絡仍然屬于未來。但許多早期職業生涯的科學家和學生已經在為這個未來做準備。

在耶魯大學研究中微子和暗物質的物理學家雷娜·丸山說，她已經看到了大量對量子信息科學感興趣的學生和博士后。

“當新人物和新想法注入時，技術可能會有重大進步。”

對丸山來說，這是一個很有希望的消息。她說：“當有新人物和新想法注入時，技術很可能會有很大的進步。”“我對此感到很興奮，這樣我就可以把這項新技術與真正令人興奮的科學結合起來了。”

她說，要在量子信息科學及其應用方面取得進展，需要來自不同背景的專家的合作。

一個不斷增長的領域

通過計算機科學、物理、工程和數學的課程，學生們獲得了隨著量子領域的擴展所需的專業知識。對于想要探索量子技術的學生，物理學家亞倫·周有這樣的建議：花點時間理解量子力學。這并不像你想的那么嚇人。

美國能源部費米國家加速器實驗室的科學家周說：“人們很難說，‘我們習慣了古典物理，量子力學是可怕的。’”周領導著總部位于橡樹嶺國家實驗室的量子科學中心的量子設備和傳感器推進。他說：“我鼓勵人們反過來去想：量子力學是世界的本質，它實際上是經典物理學。”

量子技術的領域遠遠超出了物理學，延伸到任何存在許多潛在解決方案的問題，比如模擬氣候和天氣，創造新型分子，或檢查金融市場。

為了解決這類問題，人們正在努力制造有用的量子計算機。

加州大學圣巴巴拉分校的物理學家約翰·馬提尼斯說，研究始于1、2或幾個量子位，他幫助構建了具有53個可編程量子位的谷歌量子計算機。但直到現在，我們才開始看到潛在的強大的量子系統。

馬提尼斯將量子計算機的進步與粒子加速器的進步進行了比較。1930年，粒子加速器可以放在你的手掌里;今天我們有了更強大的大型強子對撞機，周長17英里。

馬提尼斯說：“你必須學習如何更好地制造東西，并理解你正在組裝的機器的物理原理。”“隨著時間的推移，我們建造了更復雜的儀器，可以做更好的科學研究。”

周希望最終使用量子計算機來處理數十億或數百億的量子傳感器產生的大量數據，這些儀器目前還不可行。

“如果你想進入粒子探測器的下一個階段，”他說，你需要一臺量子計算機。“除非我們把一切都簡化一點，否則我們將無法處理必要的、更大的通道數量。”

量子勞動力

建造量子計算機，部分是物理問題，部分是計算問題，部分是多面工程挑戰。

關于控制量子位元如何脫離糾纏以及錯誤如何進入量子計算系統的物理學，我們還有很多東西要學習。運行量子計算機需要使用新的軟件和編程方法。

但這不僅僅是處理器技術，量子經濟發展聯盟的執行董事、《評估量子工業的需求》一書的合著者西莉亞·默爾茨巴赫說。

她說：“有很多周邊或支持的技術都很重要。”

建造量子計算機需要許多相互連接的工程系統。例如，默爾茨巴赫說，專門的電子設備向處理器發送精確的微波信號來控制量子位元。量子系統需要特定的激光器、光學、真空和低溫系統。人們總是推動把這些系統設計得更緊湊和穩定。

隨著量子系統的快速發展，是否需要一種全新的工人，一種量子工程師?

不完全是這樣，默爾茨巴赫說。

默爾茨巴赫說：“公司渴望雇傭從傳統工程學校畢業的、具有光子學和軟件工程等各種經典領域的專業知識的人。”“只要再上一兩門關于量子科學的課程，他們就會為這個領域的工作做好充分準備。”

羅切斯特理工學院的物理學教授本杰明·茲維克爾說，你也不需要成為一個博士級別的物理學家來研究量子系統。

茲維克爾說：“對于已經主修所有這些不同的計算機、工程和科學領域的學生來說，如果他們有一到兩門量子課程，他們在許多量子技術學士學位職位上非常有競爭力。”

確保訪問

茲維克爾指出，盡管代表了廣泛的學科，但這些量子勞動力的領域也有一些是多樣性最低的。

例如，根據皮尤研究中心的一項分析，2018年，美國白人學生在物理科學領域獲得的學位比例高于其他STEM領域，占學士學位的66%;72%的碩士學位;和73%的研究博士學位。在獲得數學、物理科學和工程學博士學位的人中，黑人和西班牙裔成年人的比例最少。盡管2018年女性獲得STEM大學學位占53%，但工程學士學位僅占22%，計算機科學學士學位占19%。

丸山說，隨著大學、科技公司和實驗室對量子信息科學研究的發展，思考如何改變這些模式是很重要的。她說：“有時，人們急于取得領先，可能會與多樣性或包容性背道而馳。”

在論文《實現量子智能勞動力》中，茲維克爾和合著者建議將量子信息培訓納入學士水平、特別是副學士學位水平教育，那里的學生群體往往更加多樣化。茲維克爾補充說，在歷史上的黑人學院和大學、部落學院和大學以及西班牙裔服務機構開展的量子倡議可以幫助學生看到該領域未來的機會，并可以消除進入量子勞動力市場的障礙。

這些都是一個名為Qubit by Qubit的非營利組織的目標，該組織提供課程和教育項目，在K-12水平上向更年輕的學生介紹量子概念。“我們試圖打破只有天才才能進行量子計算的觀點。這是另一個障礙，K-12教育是你可以在這些想法得到鞏固之前分解的地方，”執行董事基拉·佩爾茨說。“我們想向我們的學生展示，這個領域適合每個人。”

這是一個重要的時刻，雷切爾·扎克曼補充說。

“我們有機會培訓新一代員工使用這項技術，并推進這一領域。如果我們做得對，它將極大地擴大這個領域的機會，特別是對那些歷來被忽視的人，”扎克曼說。“這是非常有希望的，但該領域不應該輕視這個責任。”