台灣量子人才培育現況

繼晶片製造與半導體全球價值鏈重組後，量子科技被視為下一波科技產業競逐之地，各國紛紛擬定短中長期政策、投入大筆資金進行研發；例如，美國的國家量子計畫（National Quantum Initiative）、中國的中國製造2025與十四五計畫，或歐盟的量子技術旗艦計畫（Quantum Technologies Flagship），在在顯示各國政府對於發展量子產業的重視。

而在台灣，量子科技是國科會提出2035科技發展遠景中「新世代關鍵科技自主」面向之一，也屬於八大前瞻科技。實務上，自2021年起，國科會也和中研院及經濟部以五年八十億籌組了量子國家隊，目前在量子通訊與量子電腦領域取得了一定成果。

在量子科技發展中，政策與經費的到位，以及基礎設施的建設至關重要，但要使相關研究能夠充分發揮作用，關鍵還得仰賴「人才」（talent）。麥肯錫分析師預測，2025年後除非目前全球量子人才庫大幅增長，或量子科技發展放緩，否則將出現超過50%的量子人才缺口[1]。

類似的人才短缺也出現在台灣。國科會科學技術白皮書(112-115年)便提及：「台灣目前量子科技人才不足，需培育未來量子科技人才，並吸引國際人才」。可以說，人才是競爭力的一環，面對即將到來的「量子日」（Q-day），關係到台灣是否能在仍在快速發展的世界量子科技版圖中取得一席之地。

有了人才缺口這個癥結點後，接下來便是要問：那要怎麼做？如何培育？在培育量子人才方面，台灣已經做了哪些努力？還可以如何改善與借鏡國際她國？從這些問題出發，本文討論台灣量子工程人才培育現況。

在以下篇幅中，我們首先梳理現有文獻如何定義量子人才及其需求，以及她們應該具備的技能和知識，然後再將焦點轉回台灣，探討目前的教育體系如何想像與培育台灣的量子人才，以及窠臼為何。

定義量子人才及需求

「量子人才」是什麼？麥肯錫分析師與Qubit by Qubit的執行長Kiera Peltz聯合撰文，他們從現在火紅的人工智慧發展對相關產業人才需求上改變出發，提出了五個值得我們思考如何定位量子人才時可以借鏡的面向，首先便是把人才需求定義清楚。釐清不同領域的人才需求後，再制定相應的量子人才培育與訓練制度，才不會在制定政策與延攬人才時亂了方寸。

循著這個邏輯，以下可以就量子科技觸及的「學科知識」、「研發與應用的領域」，以及「所需量子知識多寡」等三面向來加以討論與分類量子人才。

其一，學科而言，基於量子科技的特性，無論是量子計算、量子通訊和量子感測等應用的基礎都建立在量子力學之上，使得現階段大部分量子人才（包含學士、碩士與博士）還是以物理學為大宗，類似現象也出現在大學端多半是由物理系開設量子課程與學程[11]；雖說如此，也正因量子科技具有跨領域的特性，既有的人才庫也包含電機工程、電腦科學與材料工程領域背景的專家與工程師。

其二，從量子科技的應用層面出發，可發現不同角色有著相對應不同的責任。我們可以用歐盟推出的「歐洲量子技術能力框架」（Qualification Profiles for Quantum Technologies）作為例子。它將相關職業分為五類：量子技術策略師、量子硬體工程師、量子計算軟體工程師、量子通訊工程師、量子感測器工程師[2]；而麥肯錫則針對希望進軍量子產業的公司，提出至少有三類量子人才必須備齊：量子硬體工程、量子軟體工程以及量子轉譯師[1]，如下表所示：

角色	責任	背景
量子硬體工程師	配置和管理量子系統	在量子系統能夠隨插即用之前，相關職缺可能都還是需要博士學位；在這之後，具備量子概念、修過相關課程，或在特定領域已提升技能(upskilling)的硬體專家就可以勝任這份工作
量子軟體工程師	建立新的量子演算法	物理學、數學、電腦科學或相關領域的博士學位
	優化現有量子演算法	物理學、數學、電腦科學或相關領域的學士學位，或具有系統結構、應用設計、人工智慧和機器學習演算法開發人員、開發營運工程師和數據庫設計的經驗
	針對潛在量子應用進行探索式研究	需要跨學科的技能，結合特定主題的經驗和量子演算法的基礎訓練（如，受過量子演算法訓練的生物學家，在交給量子應用開發專家前，他可以先夠設計出量子演算法）
量子轉譯師	短期來看，主司戰略規劃和夥伴關係；長期來看，成功將量子用例(use case)從開發、部署到採用	工程、應用和科學背景，具備量子技術和領域知識

最後一種分類方法，則是從具備的量子知識深度差異出發。在表一裡，我們已經可以發現在不同的量子人才中，對於量子知識的需求及深度均有所差異。類似的討論也出現在2021年光學與光子學國際學會（The International Society for Optics and Photonics, SPIE）舉辦的量子人才高等教育工作坊中 [3]。在這場研討會裡，來自學術界與產業界的四十位學者便從人才需求與就業市場角度出發，思考不同量子工程師所需的量子教育程度並加以區分，他們認為至少包含以下面向：STEM領域的人才、具有量子意識的人才、精通量子知識的人才，以及專家，如圖一的量子人才金字塔所示。

打造量子教育

由上可知，當我們談及「量子人才」時，首先便是要避免落入相對扁平式地理解此一詞彙，並意識到其背後所代表的多元專家與工程師，他們不僅在學科上與工作性質有所差異外，更可能在量子知識擁有的多寡上有其差距。了解這樣的差異後，才能更進一步地去問：那要如何規劃與制定培育多元量子人才的教育roadmap？例如美國便提出一套從啟發（inspire）、教育（educate）、經驗（experience）到在量子科技領域就業（career）的roadmap[4]，如圖二所示。

我們有必要再次問題化這群教育受眾究竟是誰。當我們在想像一個quantum-ready的人才庫時，有哪些要達成的短中長期目標？這時候，在面對量子產業當前發展與未來人才需求下，至少可以用時間軸區分為兩個面向[5]：(1) 短期而言，必須針對現有STEM人才庫的培訓與re/upskilling； (2) 長期而言，則要從K-12到高等教育規劃完善的未來量子人才培育roadmap。以下分述。

Re/Upskilling現有STEM人才

培養未來量子人才需要時間，無法一蹴而就，然而量子科技的發展卻已是現在進行式。因此首要解決的問題在於：現有STEM人才如何能夠re/upskilling量子科技相關知識？哪些知識、怎樣的課程或bootcamp能夠滿足當前科學家、工程師和技術人員等轉入量子領域的需求？呼應前揭所言，談及re/upskilling既有STEM人才成為量子人才，便是希望其能成為具有「量子意識」的STEM人才，以便回應當今對於量子人才的急迫需求。

舉例來說，前皆提及歐盟推出的歐洲量子技術能力框架便對於量子技術與不同職業所需具備的量子知識和技能進行全面考察與分級（如語言檢定般分成：A1, A2, B1, B2, C1, C2），如圖二所示[2]。Fox等人的研究則從與量子產業界人士的訪談中發現，產業界人士希望大學端能設計與提供「為期數週的迷你課程」，協助既有的STEM人才快速且順利吸收最前沿的量子知識與動手上機的經驗（hands-on experiences）[6]，如麻省理工學院（MIT）推出為期四周的量子運算線上課程[7]。

高等教育

而面對長期的量子人才培育，則必須老實地回到教育面著手，設計一套從K-12到高等教育完善的量子教育roadmap。從高等教育來說（也就是大學及以上），便是如何在既有的專業主修規劃下加入量子領域課程的元素。其一，針對一般STEM主修的學生，學者們認為至少可以設計一至兩堂為期一學期的量子基礎課程（也就是傳統的量子101課程），涵括基本量子知識；他們也建議可以將這樣的基礎課程設為各STEM科系必修，由此打下量子知識的基礎。

當然，就更為進階、系統性的訓練（也就是培育三角形量子人才的更上層），則可以採取模組課程、特定課程、暑期學院、黑客松、證書課程、主修與輔系領域等多種方式為之[8]；值得一提的是，並不是所有量子碩士課程都是採實體方式進行，美國亞利桑那大學（University of Arizona）便推出全線上的量子碩士課程。

K-12教育

面對未來量子科技的發展與應用趨勢，量子教育也必須向下扎根。換言之，若能在K-12階段，將量子科技相關知識納入STEM教學課程中，遂能從小培養學生對量子科技的興趣和認識。以美國為例，在2018年NQI通過後，國家科學基金會和白宮科學與技術政策辦公室（WHOSTP）舉辦「針對未來量子資訊科學學習者關鍵概念」（Key Concepts for Future Quantum Information Science Learners）研討會，該研討會邀請了專家們共同協作，並在會後發布了針對K-12的量子教育框架（QIS K-12 framework）[9]。在量子科技本身的跨學科特性下，這一框架提供了如何將高中物理、化學、電腦科學和數學等學科融入量子教育的指導方針。同時，該框架也提供了國中階段的綜合性量子知識，結合了機率、原子結構、光的性質及運算思維等重要概念。

公眾教育

最後，隨著量子科技的進步，如何構思面向大眾的量子教育計畫以及提升公眾量子素養也日益重要——如何公眾化、民主化（democratize）仍在日益發展的量子科技與知識[10]？如何讓大眾認識此一新興的關鍵科技？如何讓量子知識更為普及？這之中的知識轉譯如何可能？

此即，政府必須正視面向公眾的量子教育。一方面，量子科技具有大科學（big science）的特性，需要龐大的研究人力投入，也包括先進的實驗設備和設施，而這通常都需要政府投入大量預算。此外，量子科技的研發週期較長，無法在短時間內完成，也無法立即實現商業化應用。在這樣的基礎之上，我們能如何向大眾推廣量子教育？什麼量子知識是大眾需要知道的（如NSF推出的「九個要知道的量子概念」[11]）？這樣的討論不僅具有培力大眾的意涵，實則更能促進政府與大眾之間的溝通，消弭這之間的資訊不對稱（如：為什麼要把預算放在量子科技的發展上？）。另一方面，以台灣為例，雖然相關研究尚未成熟，但已經可以發現「量子」一詞在民間被廣泛使用，如民間療法等標榜「具有量子治療與療效」或是量子催眠等；因此，如何能更為正確地認識「量子科技」及其應用與侷限，也應是面向公眾的量子教育必須正視的一環。

台灣目前現況

回到台灣，目前的量子人才教育地景是什麼樣子？

無疑地，量子國家隊是其中一環。我們看到國科會、中研院及經濟部跨部會共同推出的量子國家隊，共十七隊；其中一項預期目標與效益，便是在人才培育方面「建構高階研發人才培育機制，提升量子科研人才量能，並擴大跨領域學者參與，為台灣下世代量子科技產業人才奠定基礎」[12]；另外，國科會推出的「量子千里馬計畫」，則補助執行量子科技專案研究計畫之團隊主持（或共同主持人）的博士生與博士後赴海外研究至長一年的機會。

在大專院校方面，也有多項與量子有關的研究、教學計畫。例如，國科會、台灣大學與IBM合作的量子電腦中心已成為IBM Quantum Hub的一員，並使用IBM先進量子電腦處理器進行研究[13]。中原大學量子資訊中心[14]、成功大學量子科技研究中心等也在相應領域進行相關研究，前者也與台灣富士通、台塑合作[16]。此外，一些大學也開設了相關的專業學程，如台灣大學的「量子計算與資訊學程」、中原大學的「先進量子計算與資訊科學專精學程」以及中山大學物理系推出了全英文「量子科技組」。線上學習方面，台大化學系主持的「量子開放學院」提供了線上量子教育資源平台，彙整了量子科技基礎相關知識[17]。另外，「量子熊」是另一新興科普教育自媒體，也用建置學習模組的方式，打造出微學習平台推廣量子知識[18]。

民間動能也相當充沛。例如，鴻海教育基金會舉辦了高中生暑期量子營，提供學生領略量子科技與基本原理，並學會使用IBM量子系統的學習平台[19]。此外，該基金會與台北市政府合作推出了高中職量子電腦教材，以量子科技為主題，分為數學、物理與資訊三大篇章介紹基本知識[20]。另外，科普漫畫《阿宅聯盟：量子危機》則針對國中小學生進行量子科普[21]。最後，台灣高中學生也自主成立了「前瞻量子教育平台」，提供高中生量子知識交流平台，也組織學生量子工作坊[22]。

整體而言，高等教育方面，數個研究型大學等高等教育機構設有量子科技研究中心，提供產官學合作平台與量子教育基礎建設。中等與小學教育方面，雖然缺乏國家級的量子教育方針，但在地方政府與民間機構的合作下，仍有相關教材的開發與推廣。然而，對於大眾教育（對於量子基本知識與認知之教育），目前尚缺乏系統性的支持，無法有效地提供民眾建立對於量子等新興科技的素養與基本面知識。

小結

總結以上針對量子人才定義、培育與教育roadmap的討論，對照回台灣的現況，台灣目前在量子人才培育方面有數個可努力的方向。

首先，在研發端，雖然有「量子國家隊」的設立，但仍然停留在教授接計畫、碩博士生以兼任助理方式參與研究的方式，擺脫不了傳統科研人才培育與低薪待遇的窠臼。不僅如此，在量子產業發展尚不明朗的情況下，若再對照半導體產業有相對清楚的就業前景，此種科研環境還可能阻卻有志的理工學生投入量子科技研究，進一步窄化了台灣未來的量子人才庫、pipeline的多元性與研究量能。

其次，台灣也缺乏培訓既有工程人才、在職進修量子知識的管道。此即，我們有為數眾多的半導體STEM人才，卻缺乏量子知識轉銜的管道。針對此題，如上所討論的，台灣大專院校可以參考國外大學的做法，設計並提供相應的短期密集進修課程（如數週甚至更短），協助既有STEM人才在短時間內提升量子知識水準，以利其後續投入量子產業領域，或至少能擴充台灣當前具有量子知識的STEM人才庫。換言之，在思考台灣的量子人才庫金字塔時，現有半導體產業人才是否為一可行re/upskilling的對象？圖四可作為一種對於相關人才re/upskilling的想像。

第三，在未來量子人才培育方面，政府也相對缺乏整合、跨部會的合作。儘管在研發端有量子國家隊的存在，但在將量子教育向下延伸至K-12教育，或是面向公眾推廣量子素養等議題上，各部會之間的合作仍然不足，難以看到一個更為全面、短中長期、觸及各級教育層級的量子教育方針與方向。舉例來說，美國在NQI後推出National Q-12 Education Partnership網站、歐盟則有QTEdu Quantum Technology Education，將各級量子教育目標、框架及相關資源整合於網站上。

量子人才究竟應該怎樣培育，其實沒有標準答案。事實上，面對此類如量子科技等新興科技（emerging technologies），教育體系與人才培育的應對向來也都是摸石頭過河，隨著科技的革新而逐步到位。儘管如此，在各國如火如荼地提出各教育年級的roadmap與能力框架時，台灣還是缺乏一個相對完整、面向未來的量子人才培育的教育生態系。面對此題，政府應召集相關專家學者細緻討論，在當今以半導體產業掛帥的經濟現實下，共思與提出適合台灣脈絡與產業體質的「量子人才」培育框架與roadmap，一步步地將台灣的量子人才教育生態系建立起來。

參考文獻

[1] Mohr, N., Peltz, K., Zemmel, R., & Zesko, M. (2022). Five lessons from AI on closing quantum’s talent gap—Before it’s too late. McKinsey Digital, 19.

[2] F. Greinert and R. Müller, European Competence Framework for Quantum Technolo- gies, doi: 10.5281/zenodo.6834598 (2023), version 2.0

[3] Asfaw, A., Blais, A., Brown, K. R., Candelaria, J., Cantwell, C., Carr, L. D., … & Singh, C. (2022). Building a quantum engineering undergraduate program. IEEE Transactions on Education, 65(2), 220-242.

[4] House, W. (2022, February). Quantum Information Science and Technology Workforce Development National Strategic Plan: A Report by the Subcommittee on Quantum Information Science Committee on Science of the National Science & Technology Council. In the United States. Executive Office of the President. United States. Executive Office of the President.

[5] Kaur, M., & Venegas-Gomez, A. (2022). Defining the quantum workforce landscape: a review of global quantum education initiatives. Optical Engineering, 61(8), 081806-081806.

[6] Fox, M. F., Zwickl, B. M., & Lewandowski, H. J. (2020). Preparing for the quantum revolution: What is the role of higher education?. Physical Review Physics Education Research, 16(2), 020131.

[7] https://xpro.mit.edu/programs/program-v1:xPRO+QCF/

[8] Perron, J. K., DeLeone, C., Sharif, S., Carter, T., Grossman, J. M., Passante, G., & Sack, J. (2021). Quantum undergraduate education and scientific training. arXiv preprint arXiv:2109.13850.

[9] https://q12education.org/

[10] Seskir, Z. C., Umbrello, S., Coenen, C., & Vermaas, P. E. (2023). Democratization of quantum technologies. Quantum Science and Technology, 8(2), 024005.

[11] https://files.webservices.illinois.edu/9156/keyconceptsforfutureqislearners5-20.pdf

[12] https://site.etop.org.tw/qt/index.php?c=pub&m=loadpage&d=pub&mid=1010

[13] https://quantum.ntu.edu.tw/

[14] https://deptweb.cycu.edu.tw/qic/

[15] https://qfort.ncku.edu.tw/tw

[16] https://www.chinatimes.com/realtimenews/20221210003414-260405?chdtv

[17] https://qt.ntu.edu.tw/qoa/

[18] https://www.youtube.com/channel/UCkWM3vYaCd_VoPHQ1hrUdzA

[19] https://www.foxconnfoundation.org/plan/quantum2023

[20]https://www.doe.gov.taipei/News_Content.aspx?n=B3DDF0458F0FFC11&sms=72544237BBE4C5F6&s=8508B974A3FAE387

[21]  鴻海教育基金會、林于竣、曾建華、鄭宜帆(2022)。阿宅聯盟：量子危機，超未來量子科技歷險漫畫。未來出版。

[22] https://www.facebook.com/sqcs819/