欧洲量子技术能力框架2.0版（2023年4月）

由欧盟资助 欧洲能力框架 量子技术 由FranziskaGreinert和RainerMüller编写，由SimonGoorney，RiccardoLaurenza，JacobSherson和MalteUben支持 2.0版（2023年4月） 欧洲量子技术能力框架概述-2.0版 1 概念和基础 物理基础量子技术 量子背景 2 1.1量子基本概念2.1原子物理 1.2数学形式主义与信息论2.2量子光学与电动力学 2.3固态物理 3 启用TECHNOLO-GIES和技 术 3.1实验室技术、噪声和屏蔽 2.4量子多体系统和开放量子系统 5 量子计算和模拟 7 量子通信和网络 3.2固态技术，纳米技术 3.3光学技术 5.1基础知7.1基础知 5.2量子模拟器7.2量子随机数发生器 3.4控制技术 5.3 量子编程工具和软件堆栈，纠错 量子计算子例程 7.3量子密钥分发 3.5计算机和软件 5.47.4量子的应用 密码学 7.5量子信息网络的基础设施（量子互联 5.5量子算法网） 4量子硬件 核心设备技术 4.1超导电子电路 4.2基于自旋的系统 4.3中性原子和离子 4.4光子系统 5.6量子计算与模拟的应用7.6系统网络（复合系统），量子互联网 应用 量子传感器 6和成像系统8VALORISATION QT系统和应用 6.1基础知8.1行业格局和市场分析 6.2电磁场传感器8.2商业战略、创业和管理 4.5新兴的量子比特概念 6.3温度、粒子和压力传感器 8.3影响 4.6量子态控制 4.7混合量子-经典系统 4.8技术实现 6.4惯性和重力传感器8.4责任和意识 6.5量子成像 6.6原子钟 6.7量子传感器的应用 由FranziskaGreinert和RainerMüller编译的2.0版（2023年4月），由SimonGoorney，RiccardoLaurenza，JacobSherson和MalteUbbenQUCATS支持-量子旗舰协调AcTion 和支持 封面照片：©Siarhei-stock.adobe.com 如何使用能力框架 量子技术的欧洲能力框架旨在绘制量子技术中可能的知识和技能的图景。它已在量子旗舰CSA（QTEdu，QUCATS）中编译，以促进量子技术中教育和培训项目的规划和设计。 能力框架包括八个域它们超越了量子技术的广泛结构： 视目标受众而定，每个教育者都会处理不同的深度和深度。为了应对这一点，能力框架有一个额外的维度，该维度未在概述图形中显示。对于每个条目，可以指定一个专业级别：从A1（意识）到C2（创新）。Profi 效率水平使其更容易根据目标群体的需求定制教育和培训。新版本 2.0是对这些级别的扩展描述，这些级别适用于欧洲通用Qualifi阳离子框 架级别，见第5页。 A1 A2 1 概念和基础 意识探索 B1 B2 这八个域中的每一个都有几个子域，例如。 适应专业知识 1.1 1.2 基本量子概念 数学形式化与信息论 在本文档的fiRst页面上，概述了域and子域以图形方案显示。对于每个域，都有一个额外的页面，其中包含更多详细信息： 1.1 量子测量 单位时间演化,薛定谔方程,隧道 叠加、干扰 稳态，能量量化，井 子域 基本量子概念 主题 专业化创新 C1 C2 此外，新的第4页通过描述解释了整体结构- 将两个或四个域的三个较大的块，并辅以块的关键技能。 能力框架已使用Botom-p方法编译。在2020年夏季至2021年春季之间，来自QT社区的150多名参与者进行了三轮研究，提供了初步意见（请参阅论文《未来的整体劳动力：能力，要求和预测》，将在Phys上发表。Rev.Phys.Edc.Ress.，预印在doi：arXiv：2208.08249上）。结果通过每个领域的专家访谈重新确定，从2021年5月开始发布1.0版。详细信息记录在方法和版本历史记录（2021，doi：10.2759/130432）中。对于当前版本2.0，已经纳入了反馈和使用经验，并开展了涉及社区的活动。 量子技术正在迅速发展。新技术将被开发，其他技术将变得不那么重要。能力框架将必须相应地进行调整。因此，标准框架是一个活的文件，将定期更新。任何时候都欢迎补充和更正的建议。 请联系： FranziskaGreinert,f.greinert@tu-braunschweig.de QUCATS-量子旗舰协调动作和支持 副主题 量子物理学的概率性质 测量动力学(状态还原) 无克隆定理，来自测量的不完全状态信息 该框架的1.0版已被编制为一个项目的一部分，该项目已根据第951787号赠款协议从欧盟的地平线2020研究和创新计划获得资金。其进一步发展是一个项目的一部分，该项目已根据第101070193号赠款协议从欧盟的地平线欧洲研究和创新计划获得资金。 ©EuropeanUnion,2023 如何引用： 本出版物仅反映作者的观点，欧盟委员会对其包含的信息的任何使用概不负责 。 欧盟委员会文件的重复使用政策由2011年12月12日关于重复使用欧盟委员会文件的2011/833/EU号决定实施(OJL330,14.12.2011,第39页)。 F.Greinert和R.Müller，《欧洲量子技术能力框架》，doi:10.5281/zenodo.6834598(2023) ，2.0版 除非另有说明，否则本文档的重用是根据知识共享署名4.0国际（CC-BY4.0）许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）授权的。这意味着允许重用，只要给出适当的信用并说明任何更改。 2.0版中的新功能 总体结构: 三块描述和关键技能 量子背景 量子背景涵盖了与量子技术的基本思想的现象学理解（“意识”）相关的基本概念（子域1.1），与经典技术相比，它们的进步和挑战。子域 1.1还涵盖了形成量子物理基础（域2）的共同基础的先进概念。类似地，子域1.2涵盖了与描述QT的概念和功能相关的领域2的基本数学概念和高等数学，或者用于计算或预测应用程序以及信息理论基础。物理基础分为四个可以专门研究的子领域，包括理论和理论，策略和关键实验。 关键技能 沟通/解释：能够解释概念，现象等，并就量子进行沟通。 数学：用数学描述量子现象/概念和基础物理学，并使用数学来计算/计算和预测应用。理论物理学：理解或开发新方法，确定进步的潜力。 量子背景 实验：计划和准备实验，进行实验并记录和评估结果。 背景 QT系统和应用 这些领域涵盖了全量子技术（QT）系统及其应用的范围。三个主要QT支柱中的每一个具有专用域,即q。计算和仿真(域5)，q.传感器和成像系统(6)和q.通信和网络（7）。这些领域中的每一个都以领域规范基础（5.1，6.1，7.1）开始，然后是设备或过程，如密钥分发或量子编程。它们以应用领域和示例用例（5.6、 6.7、7.4和7.6）结束。域7具有特殊的两部分结构,与 7.2到7.4关于量子密码学和7.5和 7.6关于量子网络。此外，领域8涵盖了一般的商业观点，包括影响和景观，以及解决责任和意识的提高。 关键技能 识别用例,创造价值:识别潜在用例,分析优势和可能性以创造工业价值。 转换用例：将现实世界的用例转换为应用程序要求。适应/实现：从不同的方法中进行比较和选择，根据用例调整或组合这些方法。 核心设备技术 该模块涵盖了构建完整量子技术系统的技术基础。这些系统的核心，用于使用单个量子对象的不同硬件平台 （子域4.1至4.5）和这些物理量子位的直接控制（ 4.6）位于量子硬件（域4）中。伟大的技术，我。Procedres.围绕量子核的组件来构建完整的QT系统和相关技术在领域3中涵盖，包括软件开发（3.5）来控制硬件。此外,涵盖了与混合系统的集成(4.7)和技术实现(4.8)。 From 核心设备技术 应用组件 QT系统和应用 关键技能 制造：技术/机械技能，以构建/组装硬件。 硬件：实验室技术（实验室技能），组件或系统改进，测试和维护。 软件：编码/编程（经典），数据处理和分析，解释。 技术实现：要求将量子硬件平台与控制技术、软件等集成到QT系统中。 供应链 组件 供应商 Development 系统 装配 选择, 咨询 适应 最终用户 2.0版中的新功能 带有示例的Profi效率级别 A1 意识（几个小时） 基本思想，可能性和局限性概述，重现解决方案，操作设备 或运行算法。 探索（几天） A2 了解方法的基础知识或景观，描述功能，阅读和解释算法或 描述。 B1 适应（几个星期的课程） 子领域的专业知识，对其边界的认识，解释复杂的功能， 适应具体设置的方法。 专业知识（短期研究项目） B2 高级知识，批判性观点，评估 为现实世界的用例调整或开发解决方案，识别可能的用例。 C1 专业化（更长的研究项目） 高度专业化的知识，对互连的批判性认识，新的解决方案 和方法，结合和整合方法。 创新(长期研发经验) C2 最先进的知识，互连，开发创新的解决方案，评估和评估，扩 展和重新定义专业实践。 专业fi效率级别(一般描述、长格式) K：知识，S：技能（做某事的能力） A1意识（长达几个小时的教学或自学） K：相关概念和功能的基本思想（面向现象），了解基本词汇，可能性概述 ，挑战和限制。 S：能够重现小问题的解决方案，操作设备或根据指令运行算法。 A2探索（长达几天的教学或自学） K：了解基本的形式主义和（工作）原则，或方法/产品/用例的景观。 能够用物理和数学概念描述功能，阅读和解释算法或过程描述，确定在哪种情况下使用哪种方法。 B1适应（例如，通过为期一学期的讲座，包括实际任务，家庭作业和/或实验室课程；几周的暑期学校） K：各种方法的知识，在一个选定的子领域中的专业知识，对这种知识边界的认识。 S：能够解释复杂的功能，适应具体设置的方法。 B2专业知识（例如，通过一个简短的研究项目，如学士论文，项目实习） K：理论，方法和方法及其有效性的高级知识，包括批判性观点和后果评估 oS：能够使用最先进的技术适应或开发复杂和不可预测的问题以及现实用例的解决方案，确定可能的用例和进步。 C1专业化（例如，通过更长的研究项目，如硕士论文，更长的实习或研发项目的工作经验）K：一个子领域的高度专业知识和不同（子）领域之间的互连的关键意识。 S：能够发现或开发针对新问题或用例的创新解决方案，生成新方法，组合和集成来自不同（子）领域的方法和解决方案。 C2创新（如通过一个长期的研究项目，如博士论文，长期的工作经验在一个研发项目） K：子域中的最先进知识，以及与不同方法和（子）域的互连。 S：能够发现或开发针对关键问题或用例的创新解决方案，评估和评估解决方案，扩展和恢复知识或专业实践。 Profi效率级别的示例 K：知识，S：技能（做某事的能力） A1概念和基础意识(1) K：基本量子概念和词汇的基本思想（面向现象），例如叠加和纠缠，测量和通过退相干的挑战以及量子态的基本数学符号。 S：能够解释QT的基本思想及其潜力。 A2量子计算探索（5） K：量子比特概念和相应的形式主义知识（5.1），概述算法景观（5.5）。 S:读取和解释算法(5.3)的能力,识别哪种计算方法(5.5)可以为哪个用例(5.6)带来优势。 B1在量子传感中的适应：重力（6.4） K：了解各种量子传感设备（6.2-6.6），有关量子重力传感器（6.4）的专业知识，以及当前和未来的用例和挑战（来自6.7）。 S：使传感设备适应具体用例的能力，例如绘制考古结构（6.7.c）。 B2量子通信专业知识：QKD(7.3) K：QKD协议的高级知识（7.3），包括关键观点和方法评估，例如关于安全证明和实施后果。 S：能够适应新