量子计算究竟是什么？量子计算机与经典计算机有什么本质区别？量子信息科学又能破解哪些当下人类无法解决的困局？为解答这些问题，阳光高考特别邀请了南开大学物理科学学院副院长李勇男教授，请他带领大家一起探索量子信息科学这一前沿领域。

　　一、专业解析

　　比超算快亿倍

　　如果有一台计算机，能在几分钟内，完成经典超级计算机上万年才能完成的计算任务，这便是量子计算机；如果有一种技术，在构筑起无法攻破的网络的同时，还能瓦解对手最机密的防线——这便是量子技术。

　　传统计算机遵循经典物理学定律，建立在二进制数字0与1的基础上，通过存储这些数字进行数学运算。而量子计算则是利用微观粒子的量子特性——即量子叠加和量子纠缠，来进行信息的编码和运算。它的基本运算单元是量子比特（qubit）。与传统比特不同，一个量子比特在同一时间可以同时处于0和1的叠加状态。这种“叠加”特性使量子计算机一次可对多个数值进行运算。

　　2016年，我国成功将量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，为后续广域量子通信网络的构建奠定了基础。2020年我国成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”，2021年构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”，刷新了“量子计算优越性”里程碑。2026年，“九章四号”量子计算原型机只需要25微秒，比超算快超过亿亿亿亿亿亿倍。

　　安全、算力、感知

　　李勇男教授介绍道，量子信息科学是量子物理学与信息科学深度交叉融合的前沿领域，其中量子通信、量子计算、量子精密测量是目前研究的三大主流方向。简单来说，量子通信可以使信息传输更加安全，量子计算可以提供超强算力，而量子精密测量则让我们能够更精确地感知物理世界。

　　当前，人类正处于经典信息时代的顶峰。一旦量子计算成功实现应用突破，所有与计算相关的产业都将迎来翻天覆地的变革。无论是新材料设计、新药研发，还是信息安全、生命科学、人工智能等极具复杂性的领域，都将获得突破性进展。届时，我们将看到前所未见的新材料，用到现在无法想象的新药，甚至能极大地加速对“人体生命机制”、“大脑运作原理”等终极问题的模拟与研究。或许在不久的将来，量子信息科学将彻底重塑信息技术的未来图景。

　　学习涉及哪些内容？

　　量子信息科学是一门高度复合的交叉学科，本科阶段的学习体系主要由两大核心板块构成：量子物理学与信息学。

　　首先，在本科专业目录中，量子信息科学专业属于理学门类下的物理学类，扎实的物理知识是学习的基石。同时，本科阶段打好数理基础尤为关键，尤其是要掌握好数学这一基础工具。

　　其次，既然名称中带有“信息”，就必然离不开与信息学科的深度融合，学生需要系统学习信息论等相关知识，核心课程也将涵盖一系列量子信息前沿内容，比如信息学、量子力学、量子信息导论、量子信息实验、量子通信和密码、量子计算机科学等。

　　从技术实现层面来看，量子信息科学还涉及量子器件的设计与应用，这离不开材料科学的有力支撑。随着科技的发展，人工智能已广泛应用于各类信息处理过程，量子信息科学也必将与人工智能产生更深层次的交融。

　　二、专业与就业

　　国之所需

　　量子计算不仅是面向未来，实现算力代际跃迁的核心引擎，也是未来全球科技竞争的战略制高点，深刻影响着未来科技发展格局与国家核心竞争力。

　　放眼全球，世界主要经济体均已在量子领域展开布局：2018年，美国通过《国家量子倡议（NQI）》法案，在量子信息领域形成了体系化布局；2026年再度通过《国家量子计划再授权法案》，把相关规划延长至2034年，重启研发投入强化量子竞争力。欧盟则在《量子宣言》中规划了对量子信息技术人才的培养。2025年欧盟发布的《量子欧洲战略》报告显示，过去五年间，欧盟成员国在量子信息领域的投资超过110亿欧元。

　　我国高度重视量子信息领域人才培养与产业布局，“十五五”规划纲要中明确指出，要前瞻布局未来产业，推动量子科技、生物制造、氢能和核聚变能、脑机接口、具身智能、第六代移动通信等成为新的经济增长点。李勇男教授指出，量子计算的高度复杂性与前沿性，使得精通该领域的专业人才在全球范围内都极为稀缺。从长远发展来看，我国若想在量子科技领域实现颠覆性、原创性突破，就必须打造一支高水平的量子人才队伍。

　　未来之选

　　量子信息专业不仅承载着国家未来发展的战略使命，更拥有广阔的就业前景与深远的职业发展空间。

　　从学科本质来看，量子理论揭示的是微观世界的底层规律，其应用潜力远不止通信领域，在材料科学、化学工程、生物科技等诸多方向都有着巨大的拓展空间。这种从微观通向宏观的本质探索，赋予了该专业极强的可塑性与延展性。

　　从产业需求来看，全球科技竞争日趋激烈。谷歌、IBM、英特尔、微软、霍尼韦尔等国际巨头，以及国内的阿里巴巴、腾讯、华为等头部科技企业，均已成立专门的量子研究机构，开展技术研发与创新探索。

　　对于学生而言，量子信息代表着一个处于高速上升期的未来战略性产业，发展潜力巨大、成长空间广阔。鉴于该领域极强的前沿性与专业性，往往需要长期的知识积累与技术沉淀，因此本科毕业后继续深造成为大多数学生的选择。投身量子信息领域，就是选择了一个极具前景的未来。

　　三、报考指南

　　20所院校开设本科专业

　　在李勇男教授看来，实现“十五五”规划纲要中量子信息领域的长远目标，离不开规模充足、能力出众的人才队伍作为支撑。通过本科阶段的系统化人才培养，推动量子信息学科交叉，可以为我国量子科技领域的系统布局做好拔尖创新人才储备。

　　量子信息科学作为一个新兴专业，发展时间尚短，各高校在本科课程设置上都会有侧重与特色。这种差异化的布局，正是国家所鼓励和期待的——通过支持不同高校结合自身优势进行探索，从而形成多元化的专业发展路径。

　　2021年，中国科学技术大学正式获批设立‌量子信息科学‌本科专业，成为国内首个开设该专业的高校。此后经过五轮增开，截至2026年5月，全国已有20所高校经教育部批准备案设置量子信息科学本科专业，其中包括北京理工大学、合肥工业大学、湖南大学、河南大学、中国人民大学、四川大学、南开大学、电子科技大学等多所重点高校。

　　深耕微观世界

　　中国科学技术大学在量子信息科学领域的研究实力处于国际领先地位。学校依托合肥国家实验室、合肥微尺度物质科学国家研究中心、量子信息与量子科技前沿协同创新中心等国家级顶尖科研平台，让学生在本科阶段就能深入国家战略科技力量的核心。量子信息科学专业此前仅面向校内少年班学生招生，2025年首次在高考普通类计划中单独招生，2026年招生专业名称为理科试验班类（量子未来技术试点班）。

　　北京理工大学的量子信息科学本科专业设立于物理学院。学院依托多个国家与省部级人才培养及科学研究平台，现建有先进光电量子结构设计与测量教育部重点实验室、量子物态调控与超精密测量技术北京市重点实验室，并成立了学科特区“量子技术研究中心”，为专业发展提供了坚实支撑。

　　南开大学的量子信息科学本科专业自2026年起面向全国招生。据李勇男教授介绍，该校获批了量子科技拔尖创新人才培养平台建设项目，并建成了“量子科技创新实验中心”，可全面支撑量子计算、量子通信、量子芯片等高端教学与科研需求。此外，学校积极与科研院所及大型企事业单位（如天津超算中心）建立实习合作，鼓励学生动手操作、深入产业一线，引导学生“带着问题去学习”。

　　数理基础好，深造率高

　　在选科与学科基础上，量子信息科学专业对数理能力要求较高，绝大多数高校都要求必选物理和化学。专业学习过程中会涉及大量数学知识，课程难度可与数学专业相比。量子信息科学属于典型的高深造率专业，非常适合有科研特长、愿意长期深耕的学生，绝大多数毕业生会选择继续攻读硕士或博士学位。

　　李勇男教授指出，在高中学习阶段，同学们除了扎实掌握课本知识外，还可以主动涉猎量子科技领域的前沿科普内容，提前建立对量子计算、量子通信、量子精密测量等方向的初步认知。这既能帮助大家判断自身的兴趣适配度，也能为大学阶段的专业学习铺垫基础。