網(wǎng)絡(luò)空間安全本科量子信息教學(xué)實踐

陳巍，銀振強，韓正甫，俞能海

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網(wǎng)絡(luò)空間安全本科量子信息教學(xué)實踐

陳巍，銀振強，韓正甫，俞能海

（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽 合肥 230026）

量子信息是量子物理和信息技術(shù)交叉融合產(chǎn)生的新興學(xué)科。近年來，量子信息技術(shù)得到了迅速發(fā)展，并開始衍生相關(guān)產(chǎn)業(yè)。與此相對，量子信息從業(yè)人員嚴重缺乏，工程技術(shù)人員對量子信息技術(shù)的理解不夠深入、實操能力不足，這些已成為限制該技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的嚴重瓶頸。人才的匱乏源于教育的缺失。當(dāng)前，我國的量子信息和新工科蓬勃發(fā)展，已具備將量子信息相關(guān)課程滲透到工科專業(yè)本科階段的基本條件。在新工科教學(xué)思想的指導(dǎo)下，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)面向網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的本科生開設(shè)了量子信息相關(guān)的導(dǎo)論課程。課程基于我校在量子信息方面的研究和基礎(chǔ)，與網(wǎng)絡(luò)空間安全專業(yè)的核心需求和特色結(jié)合，在教學(xué)目標(biāo)、課程結(jié)構(gòu)和內(nèi)容、授課方法和實踐手段等方面進行了完整而創(chuàng)新的設(shè)計，并取得了較好的教學(xué)效果。該課程的教學(xué)思路和實踐方法為網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科的量子信息教學(xué)提供了有價值的參考。

網(wǎng)絡(luò)空間安全；量子信息；教學(xué)實踐

1 背景

近年來，在第4次工業(yè)革命大潮下，人工智能、大數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)空間安全等新興產(chǎn)業(yè)和學(xué)科得到了迅速的發(fā)展。特別是以量子信息為代表的許多理學(xué)研究成果以全新的形式完成了與工程技術(shù)的嫁接。這些經(jīng)濟源動力的產(chǎn)生和發(fā)展為“新工科”教育提供了土壤和契機。新工科教育的重點之一是促進傳統(tǒng)學(xué)科和新興學(xué)科的對接與延伸，以及理學(xué)背景與工科技術(shù)的交叉融合。這要求工科人才具備更寬廣的視野、更靈活的思維模式和更扎實的技能，并且在學(xué)科交叉融合方面的創(chuàng)新能力更強[1]。人才需求的變化對工科教育的理念和方法提出了變革的需求和挑戰(zhàn)，也使我國的工科教育步入了新一輪的快速發(fā)展中。

網(wǎng)絡(luò)空間安全是國務(wù)院學(xué)位委員會和教育部在2015年新設(shè)立的工學(xué)一級學(xué)科。它面向人在信息網(wǎng)絡(luò)空間中的基本保障要求，相比傳統(tǒng)的信息安全來說，其實際環(huán)境和要求更為復(fù)雜，問題的綜合性也更強，對新興技術(shù)的前瞻判斷和跟蹤能力的要求更高[2]。因此，在新工科教育發(fā)展的背景下，網(wǎng)絡(luò)空間安全的教育應(yīng)當(dāng)盡可能的覆蓋新興的產(chǎn)業(yè)和未來的技術(shù)發(fā)展方向。量子信息技術(shù)是量子物理和信息技術(shù)交叉融合的產(chǎn)物，也是我國著力發(fā)展的新一代信息技術(shù)。量子信息技術(shù)包含量子通信、量子計算和量子計量等多個方向。其中量子密碼和量子計算與網(wǎng)絡(luò)空間安全有較緊密的關(guān)聯(lián)，也為該學(xué)科的發(fā)展提供了新的機遇和挑戰(zhàn)。因此，網(wǎng)絡(luò)空間安全的教育應(yīng)盡早將量子信息的相關(guān)課程納入教學(xué)體系，兼顧核心概念和技術(shù)實現(xiàn)，培養(yǎng)對量子信息有正確和深入理解的工程技術(shù)人員，補全量子信息從理到工、從實驗室到產(chǎn)業(yè)界的缺失環(huán)節(jié)。

2 網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科量子信息教學(xué)的需求和特點

面向工科和物理類學(xué)生的量子信息教學(xué)在需求、特點和手段等多方面有較大的不同。以下重點闡述網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科量子信息教學(xué)的需求和難點，并概述中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡稱“我校”）開展教學(xué)改革的基礎(chǔ)。

2.1 網(wǎng)絡(luò)空間安全量子信息教學(xué)的要求

工科學(xué)生和理科學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)不同，教學(xué)上的側(cè)重點也不同，前者更側(cè)重于原理應(yīng)用、技術(shù)創(chuàng)新和工程實現(xiàn)，后者則更側(cè)重于原理創(chuàng)新和驗證。因此，兩者在教學(xué)的知識體系和講授重點等方面有明顯的區(qū)別。例如，我校物理學(xué)院開設(shè)的光學(xué)和原子物理兩門課各為80學(xué)時，而大多數(shù)工科院系和專業(yè)的光學(xué)和原子物理合并為一門課，或者作為《普通物理》課程中的一部分，總共只有60或80學(xué)時。兩者在講授內(nèi)容和深度上差別較大。此外，工科專業(yè)的培養(yǎng)計劃中通常未設(shè)置物理類的進階課程。例如，大多數(shù)工科系并未將《量子力學(xué)》設(shè)置為必修課，這導(dǎo)致了如果按照理科的授課目標(biāo)、要求和教學(xué)模式設(shè)計面向工科專業(yè)本科生的量子信息課程，難以取得良好的教學(xué)效果。另外，工科教學(xué)中的很多課程，如電子線路、信號處理等，一般需要在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，通過實驗來鞏固知識點并形成解決實際問題的能力[3-4]。在新工科尤其重視實踐能力的指導(dǎo)精神下，在網(wǎng)絡(luò)空間安全的教育中亦應(yīng)加強實踐環(huán)節(jié)。

量子信息是物理和信息學(xué)的交叉學(xué)科。與傳統(tǒng)工科教育相比，當(dāng)前量子信息技術(shù)的教學(xué)尚處于萌芽階段，現(xiàn)有的課程和教材從思維模式和體系結(jié)構(gòu)上，大多側(cè)重講述物理原理和基礎(chǔ)方案的驗證性實驗。總體來看，現(xiàn)有的量子信息類課程和教材更適合理科學(xué)生的理解模式，能夠直接用于工科專業(yè)教學(xué)的案例、教材和實驗資源嚴重缺乏。因此，面向網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科的本科學(xué)生開設(shè)量子信息方面的課程，需要在課程設(shè)計、授課思維、講課方式和實踐工具等多個方面，進行全方位的創(chuàng)新和探索。

2.2 網(wǎng)絡(luò)空間安全量子信息教育的難點

總體上，我校網(wǎng)絡(luò)空間安全等工科專業(yè)的量子信息教學(xué)面臨著前置課程缺失、思維模式不匹配、學(xué)時少和實驗條件缺乏等困難。課程設(shè)計和教學(xué)實踐需要立足于實際情況，解決這些實際困難。具體來說，在進行課程設(shè)計時，針對我校的實際情況，重點考慮了以下實施難點。

1) 教學(xué)目標(biāo)的差異：課程設(shè)計要盡可能契合網(wǎng)絡(luò)空間安全的學(xué)科要求，并非大而全地介紹量子信息技術(shù)，而是要讓學(xué)生在積累基本知識的前提下盡可能學(xué)以致用，開拓和發(fā)展量子信息在網(wǎng)絡(luò)空間安全場景下的應(yīng)用方法和技術(shù)，使教育出的學(xué)生有能力補全從基礎(chǔ)到應(yīng)用的過渡環(huán)節(jié)。

2) 學(xué)生知識體系與課程要求不匹配：學(xué)生的前導(dǎo)課程中物理類課程較少，講述內(nèi)容較淺，量子力學(xué)、非線性光學(xué)和量子光學(xué)等是物理類專業(yè)學(xué)生的必修前置課程，而工科專業(yè)大多沒有設(shè)置相關(guān)的課程。這些課程的缺失將導(dǎo)致學(xué)生在理解量子信息的基本原理時，可能出現(xiàn)較大的困難。

3) 學(xué)生興趣與思維模式的建立：從普遍情況來看，工科學(xué)生在思維模式和學(xué)習(xí)方法上與理科學(xué)生有著一定的差異。同時，在教學(xué)過程中也發(fā)現(xiàn)，盡管很多學(xué)生在課程開始時對量子信息顯示出了較高的興趣，但是當(dāng)進入課程的技術(shù)講述階段時，往往會出現(xiàn)理解上的困難，進而產(chǎn)生畏難情緒。如果不能讓學(xué)生迅速對技術(shù)核心產(chǎn)生認同感，則很難保證后續(xù)教學(xué)的質(zhì)量和效果。

4) 建立實踐平臺的難度較大：目前量子信息的操控對象主要是光子。當(dāng)前的大學(xué)物理實驗中有光學(xué)實驗的板塊，但其內(nèi)容以經(jīng)典光學(xué)的幾何和波動光學(xué)為主；而專業(yè)的量子光學(xué)實驗平臺通常成本較高，作為教學(xué)資源進行全面部署具有較大的難度。

2.3 我校的優(yōu)勢資源和基礎(chǔ)

我校前期已經(jīng)在多個方面積累了較好的基礎(chǔ)，如能在教學(xué)設(shè)計中善用這些資源，可以有效提升教學(xué)質(zhì)量。

1) 我校在量子信息領(lǐng)域具有優(yōu)質(zhì)的科研環(huán)境和研究團隊，并且有多位工作在科研一線的教師同時承擔(dān)著教學(xué)工作。因此，在基礎(chǔ)教學(xué)和一線科研的銜接方面具有一定的優(yōu)勢。

2) 我校已開設(shè)了面向物理類專業(yè)研究生的《量子信息物理》和《量子信息導(dǎo)論》，以及面向全校的本碩貫通課程《量子信息技術(shù)》等選修課程。雖然這些課程在內(nèi)容和側(cè)重點上并非面向網(wǎng)絡(luò)空間安全量身定制，但可作為本課程設(shè)計的基礎(chǔ)和參考。

3) 目前國內(nèi)已有多家從事量子信息相關(guān)產(chǎn)業(yè)的公司，其中多家公司與我校有著良好的產(chǎn)學(xué)研合作聯(lián)系和基礎(chǔ)，這為量子信息學(xué)科與產(chǎn)業(yè)的銜接創(chuàng)造了條件和基礎(chǔ)。因此，我校面向工科學(xué)生的教學(xué)理應(yīng)兼顧與實際產(chǎn)業(yè)的對接。

3 網(wǎng)絡(luò)空間安全量子信息本科教學(xué)設(shè)計

我校網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院以新工科思維為指導(dǎo)，結(jié)合已有的積累和特色，在本科第三學(xué)期開設(shè)了《量子信息與安全導(dǎo)論》，并將其設(shè)置為專業(yè)核心課程。考慮到培養(yǎng)計劃總學(xué)時的安排，該課程設(shè)置為40學(xué)時理論授課+10學(xué)時實驗。課程難點和解決思路如圖1所示。以下分為教學(xué)目標(biāo)、結(jié)構(gòu)與內(nèi)容和實踐方法幾個方面，對教學(xué)的設(shè)計思路和操作模式進行闡述。

3.1 課程的目標(biāo)設(shè)計

本課程面向本科生教學(xué)，以導(dǎo)論命名說明了其定位并非全面而深入地講述量子信息的專業(yè)課程，而是更側(cè)重于讓學(xué)生了解量子信息的基本概念、基本命題和基本方法，對量子信息學(xué)科的全貌和發(fā)展脈絡(luò)有初步的了解，在后續(xù)開展研究和對接產(chǎn)業(yè)時，可以有專業(yè)的理解和清晰的判斷。課程以案例帶動思維，使學(xué)生理解量子信息與傳統(tǒng)信息技術(shù)的關(guān)聯(lián)和區(qū)別，初步形成網(wǎng)絡(luò)空間安全與量子信息交叉融合的思維方式，并以此為出發(fā)點，思考將量子信息與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全體系進行有效融合的設(shè)計思路和技術(shù)手段。

總體來說，希望通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解量子信息的基本原理，消除其畏懼心理，并補齊交叉學(xué)科研究所需的知識和技能短板。最終使學(xué)生初步具備后續(xù)研究的愿望、基礎(chǔ)和能力。

3.2 課程的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容設(shè)計

在設(shè)計課程時，將課程劃分為3個大的板塊，如圖2所示。

圖1 課程難點和解決思路

圖2 課程的板塊和內(nèi)容設(shè)計

第一個板塊是量子信息的基礎(chǔ)知識，考慮為學(xué)生相對完整地介紹量子信息研究中所使用的基本語言、核心概念和描述方法（這一部分相對完整，但絕非事無巨細）。因此，需要精煉出量子力學(xué)中用于量子信息，特別是量子密碼和量子計算的核心概念，如態(tài)矢、密度矩陣、變換和測量等。對量子密碼等技術(shù)中不太常用的內(nèi)容，如波函數(shù)及其計算則稍做弱化。

考慮到工科背景學(xué)生在光學(xué)方面的基礎(chǔ)較為薄弱，課程也適度補充了理解后續(xù)內(nèi)容所必備的光學(xué)知識，特別是重點講授了量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)，如光子偏振操控和相位干涉的原理、器件和實現(xiàn)方法等。

在這一板塊中，我們也大致梳理學(xué)科的發(fā)展脈絡(luò)，并對量子糾纏等基本概念進行了適度深度的講授，為后續(xù)的安全性證明環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)。總體來說，力求通過對概念和內(nèi)容的適度取舍，在一定課時限制的條件下，讓學(xué)生快速熟悉量子信息的專業(yè)語言并了解學(xué)科的概貌。

第二個板塊是量子密碼學(xué)基礎(chǔ)。這一部分是量子信息與網(wǎng)絡(luò)空間安全結(jié)合最直接和最緊密的內(nèi)容之一，也是本課程講授的重點。該板塊集中講述了量子密碼的核心——量子密鑰分發(fā)（QKD）。QKD是目前最成熟的量子密碼技術(shù)，并且已經(jīng)在實際場景中進行了試用。該板塊是本課程的核心內(nèi)容。從理論協(xié)議到工程實現(xiàn)，較全面地對QKD技術(shù)進行剖析和講解，講述的主要內(nèi)容包括QKD協(xié)議介紹、協(xié)議理論安全性證明的基本方法、協(xié)議的系統(tǒng)實現(xiàn)、系統(tǒng)的實際安全性和網(wǎng)絡(luò)化驗證等。我們將量子保密通信作為一個大的案例，以目前安全性分析最完善和實際應(yīng)用最廣的BB84協(xié)議[5]作為主要講述對象，從原理到系統(tǒng)實現(xiàn)，從理論安全性到實際安全性逐層遞進。通過理論和實際系統(tǒng)的對照，以及同一協(xié)議的不同實現(xiàn)方法之間的對比，使學(xué)生了解理工融合的實際思維模式和實現(xiàn)技術(shù)；通過對實際應(yīng)用案例的剖析，使學(xué)生了解量子密鑰分發(fā)與現(xiàn)有信息安全體系結(jié)合的思路和方法。

第三個板塊是對相關(guān)拓展內(nèi)容的介紹。主要包括量子安全協(xié)議、量子隨機數(shù)發(fā)生器和量子計算等前沿內(nèi)容的概要介紹。量子安全協(xié)議包括量子比特承諾和量子數(shù)字簽名等方向。對該方向的介紹可以使學(xué)生了解到量子密碼不僅是QKD的一項內(nèi)容，還包括與密碼學(xué)其他領(lǐng)域相關(guān)的很多分支。隨機數(shù)是密碼學(xué)的另一項基礎(chǔ)內(nèi)容。我們希望在量子隨機數(shù)部分，使學(xué)生初步了解利用量子過程產(chǎn)生高質(zhì)量的真隨機數(shù)的原理和技術(shù)途徑。在量子計算部分，概要地介紹量子計算的基本概念、特點和潛在的優(yōu)勢。通過介紹Deutsch算法，使學(xué)生初步了解量子算法的特點。此后，介紹Shor算法的基本原理及其對現(xiàn)用密碼算法的潛在影響。量子計算對于網(wǎng)絡(luò)空間安全的發(fā)展來說，更像是矛，而量子密碼則像是盾。以契合傳統(tǒng)網(wǎng)安學(xué)科知識體系的視角，增加量子信息課程內(nèi)容上的“矛和盾”，可以有效拓寬學(xué)生的視野，使學(xué)生更深刻地理解新技術(shù)對傳統(tǒng)學(xué)科帶來的機遇和挑戰(zhàn)，提升其創(chuàng)新意愿和能力。

通過以上幾個板塊的講授，我們力求以點帶面，使學(xué)生對于量子信息有正確和較為全面的了解，強化其理工結(jié)合的思維模式、創(chuàng)新能力和執(zhí)行手段，為開展后續(xù)研究打下良好的基礎(chǔ)。由于課時的限制，在實際講授時，對課程內(nèi)容在范圍和深度上有一定的取舍。我們將在今后的課程執(zhí)行過程中，通過增加課時和精煉內(nèi)容解決這一矛盾，并進一步結(jié)合網(wǎng)絡(luò)空間安全的學(xué)科發(fā)展需求優(yōu)化教學(xué)效果。

3.3 課程的理論授課和教案設(shè)計

課程在理論授課方面，在任課教師的選擇、教學(xué)語言的運用和例證方法等方面盡可能貼近工科學(xué)生的知識體系和學(xué)科背景，以保證良好的教學(xué)效果。

課程盡可能選擇在科研一線從事量子信息研究、有本科基礎(chǔ)課程教學(xué)經(jīng)驗以及具有工科專業(yè)背景的主講教師，這對于提升工科學(xué)生對量子信息的接受程度非常有幫助。在教學(xué)方法上，授課教師從語言、描述習(xí)慣和公式體系等方面，盡可能貼近工科學(xué)生的背景和理解方法。例如，物理類專業(yè)在描述量子通信過程時，常用量子態(tài)制備、操控、傳輸和測量等專業(yè)用語。這些用詞對于工科學(xué)生來說較為陌生，如果將其與經(jīng)典通信系統(tǒng)中常用的信源、調(diào)制、信道和解調(diào)等語言進行對比闡述，則理解起來要容易很多。

在教材選擇上， Nielsen和Chuang合著的Quantum Computation and Quantum Information[6]，Benenti等合著的Principles of Quantum Computation and Information I[7]、張永德著《量子信息物理原理》[8]等是目前物理專業(yè)常用的經(jīng)典教材。但是在初期使用這些教材的過程中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生反映來說較為艱深，其主體內(nèi)容也與網(wǎng)絡(luò)空間安全的側(cè)重點和實際需求存在著一定的差異。近年來新出現(xiàn)的了一些優(yōu)秀的專著，如郭弘等編著的《量子密碼》[9]具有較全面的量子密碼知識背景介紹、清晰的邏輯框架和完整的參考文獻索引，可以作為很好的教學(xué)參考資料。但是受到課時限制，仍需要進行節(jié)選整編并補充可用于布置作業(yè)的習(xí)題。此外，課程涉及的量子計算等其他方面內(nèi)容在該專著中未涉及。其他如曾貴華編著的《量子密碼學(xué)》[10]和Kollmitzer等編著的《Applied Quantum Cryptography》[11]等專著也有部分內(nèi)容適合選作課程講授內(nèi)容。

綜合來看，目前仍沒有一部教材完全符合本課程體系架構(gòu)和內(nèi)容的需求。因此，本課程自編了教學(xué)課件。我們節(jié)選整編現(xiàn)有教材、專著和文獻作為基本框架；引入最新的科研文獻補充前沿知識；形成特色專題進一步豐富各板塊的教學(xué)內(nèi)容，如安全性證明的基本方法和案例，高速系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、實際安全性攻擊與防御和量子密碼應(yīng)用案例等；通過節(jié)選、改編和自編結(jié)合的方式構(gòu)建習(xí)題庫，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間安全的特點，簡化過于艱深的理論推導(dǎo)相關(guān)的習(xí)題內(nèi)容，側(cè)重于基礎(chǔ)概念的理解和應(yīng)用，加強對于系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用方面的練習(xí)內(nèi)容。在完成每一個章節(jié)或大板塊的講授之后，通過課堂測驗和作業(yè)，加深鞏固學(xué)生的知識點。通過對教材和習(xí)題的整體設(shè)計，課程初步形成了較完整和具有一定特色的體系，為后續(xù)的豐富和優(yōu)化打下了較好的基礎(chǔ)。

3.4 課程的實驗設(shè)計

目前量子信息有多種實驗體系，但大多成本很高，無法實際部署供本科學(xué)生進行教學(xué)實驗。因此，課程在實驗設(shè)計上充分利用了計算機技術(shù)發(fā)展帶來的工具和方法，采取了虛擬仿真[12-13]與實體結(jié)合的方法來解決教學(xué)實驗資源短缺的問題，盡可能在教學(xué)效果和教學(xué)成本之間取得平衡。

課程設(shè)計了量子密鑰分發(fā)協(xié)議的仿真實驗內(nèi)容。授課教師布置了結(jié)合誘騙態(tài)[14-16]的BB84協(xié)議成碼率計算等仿真實驗，讓學(xué)生基于熟悉的C語言、Matlab和Python等工具編寫仿真程序，計算QKD的安全密鑰生成率并繪制碼率與傳輸距離的關(guān)系圖，加深對協(xié)議的理解，同時通過調(diào)整仿真模型的系統(tǒng)參數(shù)，對照實際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析器件參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能造成的影響，初步理解實際系統(tǒng)和理論模型之間的區(qū)別與聯(lián)系，逐步具備對實際系統(tǒng)的安全性分析能力。

針對糾纏光子的產(chǎn)生、操控和測量等物理特性豐富但設(shè)備昂貴的實驗，我們嘗試校企結(jié)合，研發(fā)了3D虛擬仿真軟件，其界面如圖3所示。我們對糾纏光源系統(tǒng)進行1:1的3D建模，在物理特性和操控方式上盡可能貼近真實器件，從而使學(xué)生接近于操作真實的量子光學(xué)實驗系統(tǒng)，對基本概念的具體實現(xiàn)產(chǎn)生直接鮮活的感性認識。這有助于學(xué)生理解糾纏源制備和Bell不等式測量等量子信息的基礎(chǔ)和核心內(nèi)容[17-18]。這一仿真工具在學(xué)生的小范圍試用中取得了較好的實際效果，后續(xù)將根據(jù)反饋意見進一步完善和推廣。

圖3 糾纏光源三維仿真軟件截圖

課程還利用授課教師工作在科研一線的條件，安排了對實際量子通信系統(tǒng)、科研級量子光學(xué)實驗平臺等內(nèi)容的參觀演示實驗，進一步提升學(xué)生的興趣，豐富學(xué)生的認知。

課程仿真的技術(shù)手段有效克服了教學(xué)資源不足、實物成本過高的問題，并通過虛實結(jié)合、實際操作與參觀演示結(jié)合的方法，較為有效地解決了實驗效果和實驗投入之間的矛盾。

4 結(jié)束語

經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，《量子信息與安全導(dǎo)論》課程在理念、目標(biāo)、體系、內(nèi)容、授課方法和實踐工具上做出了創(chuàng)新和有益的嘗試，積累了有價值的經(jīng)驗和教學(xué)反饋，并有望在近期形成獨立完整的特色教材和授課工具包。本課程的教學(xué)工作為量子信息融入網(wǎng)絡(luò)空間安全的教學(xué)體系提供了一條行之有效的實施思路，也為新工科教學(xué)的創(chuàng)新實踐提供了有價值的參考案例。未來，我們將進一步完善課件，豐富實驗教學(xué)資源，并嘗試通過網(wǎng)絡(luò)公開課等多種教學(xué)方式，為推動網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)科的量子信息教學(xué)發(fā)展做出貢獻。

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Quantum information course for the undergraduate students of cyber security

CHEN Wei, YIN Zhenqiang, HAN Zhengfu, YU Nenghai

University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China

Quantum information is a new discipline with the intersection of quantum physics and information technology, which has developed rapidly recently and has been on the road of industrialization. In contrast, the severe shortage of the practitioners, who can understand quantum information technology in depth, have become bottlenecks restricting the development of this technology. The lack of talent stems is from the lack of education, especially for the undergraduate students of engineering. Benefitting from the vigorous growth of quantum information in China, the fundamental of infiltrating the quantum information course in the undergraduate education of engineering can be performed, and some positive effects have been achieved. The course has carried out the teaching reforms, and practices in terms of teaching objectives, curriculum structure, practical methods, which have gained good teaching results. These teaching experiences and ideas provide a valuable reference for quantum information education in the cyberspace security discipline.

emerging engineering, cyber security, quantum information, teaching practice

陳巍（1977? ），男，河北石家莊人，博士，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)副教授，主要研究方向為量子密碼和量子信息。

銀振強（1983? ），男，甘肅蘭州人，博士，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授，主要研究方向為量子密碼和量子信息。

韓正甫（1962? ），男，安徽壽縣人，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向為量子密碼和量子信息。

俞能海（1964? ），男，安徽無為人，博士，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)空間安全、計算機視覺和多媒體信息處理。

TN929.1, TP393.0

A

10.11959/j.issn.2096?109x.2019028

2019?05?16；

2019?06?03

俞能海，ynh@ustc.edu.cn

教育部2018年首批“新工科”研究與實踐基金資助項目；國家一流網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院建設(shè)示范基金資助項目

“Emerging Engineering” Research and Practice Project of 2018, National First-class Construction Project for School of Cyber Security

論文引用格式：陳巍, 銀振強, 韓正甫, 等. 網(wǎng)絡(luò)空間安全本科量子信息教學(xué)實踐[J]. 網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)報, 2019, 5(3): 81-88.

CHEN W, YIN Z Q, HAN Z F, et al. Quantum information course for the undergraduate students of cyber security[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2019, 5(3): 81-88.