20世紀早期量子力學的發現引發了一場革命，這場革命以迅猛之勢席捲了各個科學學科。它幫助解釋了許多事物，包括原子的結構；化學元素週期表的週期性；以及為什麼有些固體導電而另一些則不導電。憑藉這些基礎知識，科學家和工程師們開發出了電晶體，電晶體被組裝成積體電路，積體電路成為了複雜資訊處理器的核心架構元素。
最初佔據整個建築物且耗資數百萬美元的計算機；現在它們可以舒適地裝進青少年的口袋裡。我們對光的理解以及隨後的雷射發明催生了光纖網路、衛星通訊以及全球網際網路的物理基礎。物理學家們不會輕易使用“革命”這個詞。
現在，科學家和工程師們對“第二次量子革命”感到興奮，這次革命的影響可能超過第一次。我們探索理解和控制量子行為的努力催生了非凡的進展——“量子計算機”和“量子網際網路”的概念。量子計算機可以比普通計算機更快地解決某些型別的問題，速度呈指數級增長。如果能夠製造出足夠強大的量子計算機，它就能比任何已知的超級計算機更快地分解數字（例如，15 = 3 x 5）。這種“量子派對技巧”可能會徹底顛覆目前用於在網際網路上安全傳送資訊的加密方案。如果量子網際網路能夠建成，它就可以完全取代這些不安全的通訊協議，取而代之的是其可靠性受量子力學定律支配的協議——我們宇宙的終極規則。
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開發這些量子技術的競賽是全球性的。中國已經展示了一顆“量子衛星”，它可以透過量子安全通道傳輸影片。受到這種“人造衛星時刻”的驚嚇，美國迅速啟動了國家量子計劃，該計劃最近慶祝了其兩週年。其他倡議包括歐洲量子旗艦計劃和澳大利亞的一項重大量子計算努力。
然而，我們在開發這些技術的競賽中正在落後，部分原因是訓練有素的科學家和工程師的數量非常有限。為什麼？原因有很多，包括對國際 STEM 人才的限制，但一個明顯的遺漏是我稱之為“二倍因子”的問題。在過去十年中，物理學、計算機科學和工程學專業的學位獲得者中，只有約 20% 的人認定為女性。我們很大程度上錯失了半數人口的才華。
對於美國這些學科中女性代表性不足的原因，已經提出了許多理論。但一個主要原因是冷淡的氛圍和文化。我是一名女性物理學家。我親身經歷了成為“物理文化”一部分的感受。當我在印度上大學時，在 500 名學生中，女性只有 9 名，與露絲·巴德·金斯伯格大法官在哈佛法學院就讀時的比例相同。我努力學習，表現出色，並申請了美國的研究生院，這片充滿牛奶和蜂蜜的土地，那裡的情況肯定會有所改善。令我沮喪的是，我在第一天得知，在一個 36 人的班級裡，我是唯一的女性。
放眼我自己的處境之外，整個物理學領域一直充斥著傑出男性做出令人難以置信的發現的神話。這確實是真的——男性確實做出了絕大多數的發現。 但是，誰鼓勵女性認真地追求物理學呢？物理學文化充斥著關於誰屬於這個領域以及誰能夠出類拔萃的刻板印象。熱門電視劇如《生活大爆炸》至今仍在延續著男性主導的物理學文化。
物理學家們在被告知需要改善他們學科的氛圍和文化時，常常否認存在問題。有些人認為物理學是一門客觀的科學——那些感興趣的人會出現並追求它，而那些沒有出現的人則不感興趣。還有一種刻板印象，認為你要麼擅長它，要麼不擅長它。如果很少有女效能在嚴酷的物理學職業生涯中倖存下來，為什麼要責怪文化呢？那些從未出現或中途退出的人肯定是不夠投入或沒有能力。
這些觀點不僅有害；而且不真實。我親身瞭解女性在物理學領域每天經歷的挑戰。我們被男性同齡人插話。我們的想法被駁回，除非同樣的想法是由男性同齡人提出的。我聽過無數女性物理學家講述她們在走廊和咖啡室遇到男性同事時，他們冷漠的目光，這加劇了她們不屬於物理學領域的感覺。這些個人經歷和互動完全得到了美國物理學會進行的大規模調查的證實。
我自己的研究表明，關於誰屬於物理學領域以及誰能夠出類拔萃的刻板印象的影響。我的研究發現，例如，在物理課程中獲得 A 級成績的女性對自己表現的自我效能感與獲得 C 級成績的男性相同。自我效能感對於決定一個人是否想要從事與物理學相關的職業非常重要，無論他們的表現如何。
我的研究還表明，女性的歸屬感較低，並且她們感覺自己不太被物理學導師認可為能夠在物理學方面表現出色的人。這種缺乏認可更有可能將女性趕出物理學領域，因為與男性同行相比，她們既沒有榜樣，也沒有鼓勵，也沒有平等的歸屬感和自我效能感。
我們能做些什麼來改變物理學文化？首先，我們需要認識到，對現狀感到自滿會積極地延續當前的文化，這種文化將女性拒之科學和工程學科之外。積極地認可代表性不足的學生——不僅僅是女性——尤其重要，因為長期以來，鼓勵不足對她們進入和留在物理學及相關學科產生了負面影響。導師和研究顧問應該對所有學生抱有很高的期望，但他們不應該吝嗇在任何機會出現時都向學生提供微肯定，並因他們的努力而不是才華或智力而讚揚他們。
建立包容和歡迎的環境，具有同理心，記住學生的名字，為關注學生個人優勢、興趣和成長的後續步驟提供指導、指導和支援，這些都是有助於提高女學生的自我效能感和歸屬感的措施。如果不經過明確的思考和行動來適當地認可和支援學生成為能夠在物理學方面表現出色的人，那麼自我效能感和歸屬感方面的性別差距很可能會持續存在。此外，我們科學和工程界的既定領導者應該正面解決偏見問題或微侵犯事件，而不是保持沉默。
文化變革不幸地將是一個漸進的過程，這對量子革命來說是不利的。但是，著手改善物理學及相關學科的氛圍和文化這項重要任務永遠不會太晚，這些學科曾阻止許多女性和其他代表性不足的群體做出貢獻。如果量子計算機可以分解難以想象大小的數字，那麼製造它們的科學家和工程師肯定可以處理二倍因子的問題。為了讓第二次量子革命取得成功，我們需要確保女性獲得成功。