面向未来教育与跨学科问题解决的量子素养挑战与机遇

源于物理学家、计算机科学家、教育学家与工业终端用户之间的跨学科对话，我们提出量子素养这一概念，作为应对全球可持续性议题核心中复杂问题跨学科性质的一种手段。以此方式，量子素养可贡献于联合国可持续发展目标 4（优质教育）。我们认为，此处所定义的量子素养，应对了高度边界化学科内学习与技能获取的难题，以及获取本应更易于广大学习者（包括学生与专业人员）在整个生命历程中获得的有力知识的难题。随着现实世界应用日益重要，量子技术知识以更具包容性的方式向从业者开放愈发关键。因此我们主张，当有力知识由稠密概念以及概念间复杂层级关系构成，并外加数学形式的高准入壁垒时，解决教学问题十分重要。我们引入了一种特定的谜题可视化学习工具，以在量子计算方面实现这些教学目的。通过谜题可视化能使非专家发展出对通用量子计算的直观且仍严谨的理解，并为非专家提供发现日益复杂新颖量子算法的能力。利用量子力学中的洪-欧-曼德尔光学效应，我们展示了诸如该谜题可视化工具所实现的可视化方法，如何极有助于理解量子物理及更广领域中潜在复杂过程，从而支持量子素养的目标。