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疯狂“造人”!美国两党共推新法案,5年培养100万AI及量子人才

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当前,全球量子计算人才的短缺已成为制约该领域快速发展的关键瓶颈。

为了解决量子计算人才短缺的问题,各国政府和企业采取了积极措施,加大了对量子教育和培训的投入。根据美国参议院官网消息,2024年5月23日,美国两党议员提出《2024年美国国家科学基金会人工智能教育法案(To support National Science Foundation education and professional development relating to artificial intelligence),以增强美国在人工智能和量子计算方面的专业知识。

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美国两党推新法案:
旨在加强量子领域劳动力培训

“这项法案将为各个层次的学生打开人工智能以及量子计算的大门,并提高我们劳动力的技能,以推动美国的技术创新、创业和应对最严峻的全球挑战的进步。”美国参议员Maria Cantwell说道,该法案包含了加强美国在人工智能和量子计算领域的教育和劳动力培训的举措。

Maria Cantwell是来自华盛顿州的民主党人,也是参议院商务、科学和交通委员会主席,她与共和党委员会成员、堪萨斯州参议员Jerry Moran联手提出了这项跨党派措施。

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Maria Cantwell  

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Jerry Moran

具体来看,《2024 年美国国家科学基金会人工智能教育法案》的人工智能法案要求美国国家科学基金会 (NSF) 执行多项计划,以增强美国在人工智能和量子计算方面的专业知识。其拟议的计划包括:

1.颁发人工智能本科和研究生奖学金,重点关注人工智能在农业、教育和先进制造业中的应用,以及量子计算奖学金和融合传统计算和量子计算的项目。

2.为人工智能在农业领域的应用研究提供资助。

3.为从事 STEM 和教育工作的人员创建专业发展奖学金。

4.在全国五所或更多社区学院建立人工智能“卓越中心”,与教育工作者合作开发向学生传授人工智能知识的教学材料。

5.为学生在 K-12 课堂中使用 AI 开发指导和工具。

6.启动“NSF大挑战”,制定到2028年培养至少100万名人工智能从业者的计划,其目标包括支持科技领域代表性不足的女性和农村居民等群体。

微软美国政府事务副总裁Fred Humphries 表示,该公司支持该法案。他在一份声明中称,该法案是“重要的第一步,将有助于支持学生、专业人士和机构(包括社区学院)为人工智能带来的机遇做好准备并加以利用。”

值得一提的是,Maria Cantwell 在宣布该法案的声明中断言:“整个太平洋西北地区正在成为美国的‘量子谷’。 ”

微软、亚马逊和 IonQ 是该地区致力于量子计算的公司之一,而太平洋西北国家实验室、华盛顿大学和华盛顿州立大学也积极参与该领域的研究。

华盛顿州立大学校长Kirk Schulz在一份声明中表示:“这项立法提供了巨大的机会,可以加强教育和培养华盛顿州的下一代学生,使他们成为人工智能和量子混合计算领域的全球领袖。”

在此之前,2022年,Maria Cantwell在推动2800亿美元的《芯片与科学法案》通过方面发挥了主导作用,该法案包括激励措施以振兴美国半导体制造业,并投资于人工智能、机器人、清洁能源、核能、量子计算和其他领域的研发。

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未雨绸缪:
美国量子人才培养法案

法案是美国政府为了解决特定问题或实现长远目标而制定的一系列政策措施。这些法案通常由政府部门、机构或顾问团队在广泛征求意见和研究后提出。科技法案制定、科技决策机构设置、重要科技官员任命以及科技预算等均需要通过立法机构(美国国会,United States Congress)的审议和批准,最终由总统签字后生效。由此可见,此次法案对于美国量子人才培养的期待与重视

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美国之前在战略规划层面出过两份针对量子人才的文件,此次法案可以说是对NQIA法案的进一步补充和加强。

量子信息科学与技术(QIST)人才短缺是一个国家安全风险。因此,为了解决未来20年将面临的量子工作量的指数级增长,美国政府采取了一系列措施来进行量子领域人才的培养。

2022年2月,美国国家科学技术委员会(NSTC)发布《量子信息科技人才培养国家战略规划》,该文件扩展了《量子信息科学国家战略概述》中的劳动力政策。2022年5月,美国能源部公布《先进科学计算研究——新能源科学劳动力培训计划》,该计划包含460万美元的奖励,用于高级科学计算研究,目标是增加代表性不足的群体对量子计算的参与计算和网络劳动力,并增加代表性不足的机构参与量子计算和网络劳动力培训。2023年1月9日发布修订版。

需要注意的是,具有竞争力的量子劳动力必须具备一般的科学、技术、工程和数学 (STEM) 技能以及量子专业知识,以保持 QIST 优势并维护国家和经济安全。而预计到 2025 年,美国将面临近 200 万名 STEM 工人的短缺,这意味着美国缺乏可以胜任不需要量子专业知识的职位的候选人,也缺乏需要量子专业知识的职位的候选人。

2018 年,美国批准了《国家量子计划法案》(NQI)。该法案发起了一项全政府努力,旨在加强量子技术利益相关者之间的合作,并通过建立各种中心、联盟和项目推动研发。在成立后的头五年里,NQI帮助联邦政府将基础量子研究的资金增加了一倍,增强和扩大了量子生态系统,并在全国范围内建立了 13 个量子研究和教育中心,NQI 使美国成为量子技术“许多领域的领导者”。

2020年,美国国家科学基金会(NSF)和白宫科学技术政策办公室组建了一个跨部门工作组,为未来量子信息科学学习者开发关键概念。在这个研讨会上,研究人员和教育工作者确定了QIST培训的核心概念,如量子比特、量子测量、纠缠、量子计算、通信和传感。基于这些核心概念来确定和建立教育资源将帮助K-12和大学生掌握量子知识,并加入日益增长的量子科学和工程劳动力大军。 

2024 年可能是美国量子技术领导地位的关键一年。两项立法——《国家量子计划 (NQI) 法案重新授权》和《2024 财年国防授权法案(NDAA)》——对于提升美国在量子技术领域的竞争力和维护美国的关键优势至关重要。

其中,《国防授权法案》还包括值得称赞的举措,旨在增加STEM人才的供应,采取重要措施弥补当前量子劳动力的缺口。该法案授权为本科生和研究生提供量子技术奖学金计划,特别强调吸引“少数族裔、地域分散和经济条件较差”的学生。该法案还授权国防部与大学合作,使学生能够参加多学科课程的学习。多学科人才对于量子技术的成功实施和部署至关重要,这需要独特的硬件和软件专业知识的结合。

《国防授权法案》还与从事量子技术应用的私营部门实体建立了人才交流计划。此类计划将有助于改善美国政府与私营企业之间的合作,这在很大程度上推动了量子技术的创新和发现,并保留了美国大部分量子人才。然而,该法案规定人才交流计划最多只能包括 10 名参与者。为了实现最大影响,国防部或许在未来大幅扩大这些计划的规模。

除此之外,美国与人才相关的政策涵盖K-12及高等教育阶段的QIS(量子信息科学)教育、对现有量子劳动力的劳动力培训以及吸引和留住外国人才的移民政策。

美国物理教师协会与IBM合作,组织专业发展研讨会,让K-12教师学习如何使用基于云的量子计算机,以便将其纳入课程。K-12教育工作者也可以使用伦敦帝国理工学院Terry Rudolph编写的Q Is for Quantum一书,这本书提供了QIST概念的图表解释,任何具有基本算术技能的人都可以使用这些概念。Quantum Atlas网站还为公众和教育工作者提供了关于量子主题的图像、动画、音频和书面解释。

简而言之,2024 年量子技术研发的风险确实很高,而对人才的需求与要求也就越高。虽然美国量子产业在 2023 年取得了令人兴奋的里程碑并建立了显著的发展势头,但美国的对手和竞争对手也是如此。美国政策制定者加紧促进持续创新,人才建设,并支持发展一个有弹性和敏捷的量子生态系统。

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保持技术优势:
美国企业的量子人才策略

为了迎接当今的量子时代,以及即将到来的以量子为中心的超级计算时代,美国企业也与政府、高校合作,培养一支能够使用最新量子计算技术进行科学发现的从业队伍,并探索在特定领域创造新价值的行业应用,尤其是对于IBM谷歌、微软和 IBM等确保美国量子技术保持竞争力的公司而言。

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IBM一直处于培养量子人才的最前沿。IBM的主要目标之一是到2030年对3000万人进行科技教育,包括量子、人工智能(AI)、云、网络安全和企业计算。该公司的量子教育者计划(Quantum for Educators)是其量子计划之一,涵盖从初中、高中到本科和研究生课程,旨在为量子计算教师提供通过云计算免费访问IBM量子系统的机会。

不仅如此,IBM还在2021年推出了其个量子开发者认证项目(quantum developer certification)。迄今为止,约有900名IBM认证的开发者。IBM对教育和开源项目的关注,有助于提高人们对该领域的兴趣,并培养量子劳动力。

2023年12月,IBM宣布,计划与庆应义塾大学、东京大学、延世大学、首尔国立大学和芝加哥大学合作,共同支持日本、韩国和美国的量子教育活动。IBM打算提供教育产品,并结合每所参与大学的贡献,在未来10年内推进多达4万名学生的培训,让他们成为量子相关从业人员做好准备,并促进全球量子生态系统的发展。

IBM打算与这些大学合作,开发一个强大的量子课程,以教授下一代计算科学家,他们将能够使用量子计算机作为科学工具。所有相关方,无论是单独还是集体,都有资源参与教育工作者培训、课程材料开发和学界推动的教育活动,包括指导、联合暑期计划、交流计划和杰出讲座计划。

此次合作具有里程碑意义的合作,是量子教育向前迈出的重要一步,确保持续地处于技术领先地位,并体现了国际合作和技术进步的精神,这在当今互联互通的世界中是必不可少的。通过培养强大的量子团队和支持突破性研究,提高了学术成果的产出,还为全球范围内的经济发展和技术创新做出了贡献。

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微软也实施了一些举措:提供软件、安全、基础设施管理和云产品,帮助填补对量子计算专业人员日益增长的需求。此外,微软还与Brilliant合作,提供了一个名为量子计算的互动课程,用于学习量子计算和Q#编程。

2023年2月11日,微软与量子初创公司Classiq合作,推出了一个量子软件研究和教育的全球计划,向大学和教育机构提供Classiq的先进量子计算平台和微软Azure Quantum的量子计算机云接入服务。

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谷歌也在采取重大措施来解决量子计算人才缺口问题。其举措之一包括创建了一个名为Cirq的开源框架,这是一个Python软件库,用于编写、操作和优化量子电路并在量子计算机和模拟器上运行。

此外,谷歌正在与世界各地的大学师生合作,促进参与、学习和研究。量子人工智能团队每年参加几个项目,投资于创新的量子计算研究,同时使其团队多样化,包括设立实习、博士奖学金、研究学者项目、研究奖和量子研讨会等。

2023年,美国能源部费米国家加速器实验室(SQMS)主办首届美国量子信息科学暑期学校。作为联邦资助的最大的教育项目之一,旨在帮助培养量子人才。该学校由费米实验室SQMS 中心领导,与能源部橡树岭国家实验室主办的量子科学中心合作,汇集了能源部量子研究中心的专家。来自 70 个机构的近 150 名学生将在费米实验室度过 10 天的时间,积累量子信息科学领域的理论知识和实践实验技能。

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中国量子人才培养迫在眉睫

“我老是想不通,为什么很多年轻的理工科好苗子上了名校后,就不再搞物理研究了?”2024年4月,中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿发出了这样的感慨。

当前,我国量子信息科学人才紧缺,量子计算人才更是凤毛麟角。有统计数据称,目前全球的量子计算人才数量以“千”为单位,我国国内专业量子计算人才仅千人左右——这一数据得到了郭光灿的确认。有数据显示,未来10年我国至少有100万个量子工程师缺口。但众多物理学尖子生却转学了金融或商科。

值得注意的是,培养本土量子科技人才也有客观要求。在资金、设备、人员交往等各方面,中国量子科技只有自力更生,创建有利于本土量子科技人才成长的环境迫在眉睫。对此,我国政府与高校进行了一系列部署,尽管与美国相比仍有很多大不足。

2020年,教育部首次增设量子信息科学专业,中国科学技术大学和国防科技大学成为国内率先开设该专业的高校。2021年、2022年相继有6所高校开设量子信息科学本科专业。2024年3月,教育部批准合肥工业大学、西安电子科技大学、太原理工大学、福州大学、河南大学增设量子信息科学专业。国内开设量子信息科学专业的院校达到13所。

2024年5月20日,北京市人力资源和社会保障局发布公告,为加快集聚和培养量子信息专业技术人才,推进量子信息产业高质量发展,助力北京“四个中心”建设,经研究,决定在工程技术系列增设量子信息职称评审专业。本通告自2024年6月1日起执行。据介绍,该举措对发挥人才评价“指挥棒”作用,为北京吸引凝聚更多量子信息工程技术人才,推动全国科技创新中心建设具有重要的战略意义。

过去由于我国科学发展水平有限,不得不依赖引进人才或将人才送往国外深造培育的方式来汇聚科研力量。而今,随着国家科研水平的提升和科研投入的逐年增加,“我们已经有条件在本土培养出世界级的青年科学家”。因此,在引才之外,必须加强“造血能力”,通过建立和完善人才培养体系,在本土培养更多具有国际竞争力的科研人才。

“我们有能力在本土培养出与国际水平相当的科研人才,这一点已经得到了证明。”郭光灿说。我们未来要坚持两点:一是抓住学科前沿,让学生在前沿领域开展研究;二是创造良好的学术风气。相信中国还可以培养出更多具有国际影响力的科研人才。

参考链接

[1]https://www.commerce.senate.gov/2024/5/cantwell-moran-introduce-bill-to-boost-ai-education
[2]http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/202312/fae98e95bb1b4164bc4db0aeb1c88f13.shtml

[3]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/5/522019.shtm

[4]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/4/521615.shtm

[5]https://foreignpolicy.com/2023/07/31/us-quantum-technology-china-competition-security/
[6]https://www.commerce.senate.gov/services/files/125047B3-A065-4D28-B658-F5A8246D0778
[7]https://mp.weixin.qq.com/s/-edoTgMzNuGSnrx3uKJ6gw

[8]https://sqmscenter.fnal.gov/opportunities/us-quantum-information-science-summer-school/

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