雙縫干涉實驗、拉比振蕩實驗、回波實驗……這些物理專業名詞出現在高中課程里，令人不禁好奇：學生們能聽懂嗎？

在無錫市政府的大力支持下，江蘇省錫山高級中學（以下簡稱“省錫中”）持續探索學校教育、社會企業、高等院校和科研院所有機結合的合作育人機制，無錫量子感知研究所和國儀量子公司組織研發攻關，啟動了基于金剛石量子計算教學機的中小學量子計算實驗課程研發項目，基于“產學研育”一體化與省錫中開展合作。2020年底，三方共同開發“量子計算原理與實驗”課程，并配置了整套的課程資源，為學生體悟量子世界的神奇開啟一扇大門。

“燒腦”的量子計算課

為了將量子計算這項前沿科技與高中課程相融合，在課程開設之前，省錫中物理學科中心主任徐地虎博士與國儀量子專家就課程內容、課時量等做了精心打磨，形成了高中量子教學課程的基本框架。

“上好量子計算課程關鍵要找準切入點，要和高中課程銜接好，讓學生有一定的認知基礎，否則高中生沒法學?！毙斓鼗Π朐抡動浾弑硎?，開設這門課程的目的是開闊學生視野，激發學生的好奇心，培養學生今后的學科科研興趣。

徐地虎介紹，第一批選量子計算課的學生有10人，現在開放的名額是30人，人數主要受實驗室的限制。“有競賽方向的學生，也有純粹因為興趣被課程吸引的學生。這門課要搶著選，有點像大學的選課機制，30個課時，開始幾節課試上，學生可以再調整。”徐地虎說。

量子計算課程內容包括：其一，學習什么是量子力學，了解量子力學的發展歷史和杰出人物，以及量子力學在哪些領域有重大應用。其二，學習并簡單掌握一些基礎的線性代數知識和計算機原理，了解量子科學的前沿問題比如量子糾纏、量子加密，當然也要學習并掌握量子力學原理，但不要求太深。其三，進行一些量子力學方面的相關實驗，比如雙縫干涉實驗、拉比振蕩實驗、回波實驗等，并且掌握如何用量子計算原理去處理實驗數據。

一次，學生們在量子計算課上探討如何使光子相位相同的話題。徐地虎告訴半月談記者，大家不停地開腦洞，如加熱、加電壓、加磁場，這些想法都很好。于是，他與學生逐一探討各種可能性，然后講述當前的通用做法，同頻激發?！皩W生來講，掌握量子理論難度很大，但我希望以一種相對通俗易懂又不失科學性的方式和學生溝通。”徐地虎說。

物理學知識在諸多領域都有重要應用，基于此，省錫中物理組教師隊伍積極開設研創課，課程多以實驗拓展、交叉學科應用為主，除了量子計算課外，還有光學實驗創新課、計算凝聚態研究課、能源科學與動力工程等研創課程。

教學好幫手：金剛石量子計算教學機

在省錫中的量子計算課上，學生們非常喜歡動手的實驗課，就要用到金剛石量子計算教學機。這是一臺基于金剛石中NV色心和自旋磁共振為原理，通過控制激光、微波、磁場等物理量，對NV色心的自旋進行量子操控和讀出，從而實現量子計算功能的教學儀器。

金剛石量子計算教學機 鄭雪婧 攝

該儀器能在室溫大氣條件下運行，無需低溫真空環境，桌面型的設計讓它能適應各種不同的教學環境，無論是課堂還是實驗室，都能輕松進行量子力學與量子計算實驗教學。不僅如此，金剛石量子計算教學機豐富的硬件模塊支持學生動手搭建和調試，多功能的軟件支持自定義脈沖序列編寫。

省錫中的教學實踐為量子教學設備研發提供了生動案例，豐富了研發團隊持續開拓量子教學設備的設想。

無錫量子感知研究所副所長馮澤東介紹，基于現有金剛石量子計算設備，其團隊將繼續開拓離子阱、核磁共振等原理的量子計算教學設備，壓縮多量子比特教學設備的成本，使量子計算教學設備可以運行更多的量子算法；引入量子精密測量類的教學設備，目前正在研發金剛石量子精密測量教學儀器，也在設計相應的教學課程，旨在幫助學生在課堂上生動理解量子精密測量更高靈敏度、更高分辨率的特點。

把創新人才培養前置到基礎教育中

一名參加量子計算課程的學生說：“老師的講解深入淺出，還開了書單，如《量子計算與量子信息原理》《上帝擲骰子嗎——量子物理史話》等，課余可以自己讀書研究，加深理解。這門課程讓我們有機會在高中階段就接觸前沿科技，為未來的專業選擇奠定了基礎?！?/p>

高中教育作為銜接高等教育和義務教育的關鍵“腰部”，在為高校輸送優才、引領義務教育發展方面發揮著重要作用。省錫中副校長王曉建表示，學校開設量子計算課，深受選課學生喜愛，激發了他們的學習興趣，養成了良好的研究習慣，拓寬了學科視野，樹立了遠大目標。這也是在為國家培養拔尖創新人才貢獻力量。

一批選修過量子計算課程的省錫中學子，在進入大學后選擇物理作為自己的專業，并有從事物理科研的志向，現已在多所知名高校繼續物理相關領域的學習。

上好量子計算課對高中物理教師來說是很大的挑戰。徐地虎坦言：“選這個課的學生大都很優秀，問的問題也比較刁鉆，比如會問‘電子是實物粒子，它有多大’之類的問題。這非常考驗教師自身的理論和教學水平。當然，腦洞大不是壞事，我們老師也在不斷探索學習?！?/p>

半月談記者：鄭雪婧