麻省理工學院、林肯實驗室強強聯手，成立新量子工程中心

量子力學的運用已經讓我們的生活發生了巨大的改變。半導體電子產品、激光和量子鍾都基於科學家們對事物量子本質的了解。但是，這些僅僅只是量子技術最表層的運用。如今，能夠連接量子科學和傳統工程學科的量子工程即將把量子技術的運用再上一個台階。

麻省理工學院（以下簡稱 MIT）電子科研實驗室（Research Laboratory of Electronics，以下簡稱 RLE）與林肯實驗室（Lincoln Laboratory）正在合作，將量子科學與量子技術用於更多的實際應用中。

近日，MIT 的 RLE 和林肯實驗室為了在量子領域領先創立了 CQE。CQE 會集結林肯實驗室和 MIT 的專家學者、設施和資源來加速量子科學的研發以及量子技術的應用。這方面的突破會改變未來的網路安全、藥品研發、機器學習、通信系統、磁學量測量、導航等等。

圖丨從左到右分別是：林肯實驗室量子信息與集成納米系統組負責人 Eric Dauler，RLE 副主任、林肯實驗室研究員 William Oliver，以及 RLE 負責人 Marc Baldo。他們正在創立量子工程中心（Center for Quantum Engineering，以下簡稱 CQE）來支持前沿量子技術。

林肯實驗室負責人 Eric Evans 表示，這次合作將會「結合 RLE 和林肯實驗室的科研工作，使得我們能夠使用最新的量子比特技術、微電子學技術和演算法來製造大型量子計算系統的原型機。我們希望能給量子計算這塊領域帶來新的突破。」

RLE 副主任、林肯實驗室研究員 William Oliver 則將會負責 CQE。CQE 的總部也將設立在 RLE。Oliver 將量子工程看作量子信息科學的進階，他說道：「在過去很長一段時間裡，量子設備僅僅存在於實驗室里。然而目前我們已經確定了這些設備是可以運行的，所以從現在開始我們應該把重心放在現實應用上。」

RLE 另一名副主任 Wolfgang Ketterle 也表示：「我們已經幾乎能夠完全控制由原子、光子或類原子固態系統構成的簡單量子系統了。CQE 的創建將會加快科學探索的步伐，並且帶領我們實現更多量子工程的新應用。」

RLE 負責人 Marc Baldo 補充道，RLE 里物理和工程的交叉技術已經足夠成熟到可以進行量子工程了。Baldo 說道：「最重要的是這是一個全新的前沿科技。我們完全不知道量子力學可以做什麼。但我們知道的是他們是基於量子物理的，所以量子力學帶來的運用是經典機器無法實現的。而我們為開啟這個方向的研究已經準備了 20 到 30 年。」

合併資源

MIT 和林肯實驗室在量子科研上的合作可以追溯到 20 年前。Oliver 和當時還在林肯實驗室的 MIT 教授 Karl Berggren，與 MIT 教授 Terry Orlando 開始了超導量子比特的科研（量子比特是量子計算機的基礎）。Oliver 說道：「很多量子信息科學理論和演算法的基礎以及早期實驗性的實現都是在 MIT 研究出來的。」

林肯實驗室是一個由美國政府資助的研發中心，其在設計與製作先進設備的原型機上尤其突出。那裡的科研工作者們早已開始研究量子比特的實現方法，包括離子阱和超導電路，以及量子通信系統和感測器。林肯實驗室的量子信息與集成納米系統組已經證明了不少可行的集成量子電路實現方法，包括可以控制光電信號離子阱技術與可以製造多個超導量子比特和控制電路系統的工序。最近，量子通信系統也到了測試階段，其中包括了一條處於運轉中的、連接林肯實驗室和 MIT 校園的 42 公里長光纖維量子通訊試驗信道。量子信息與集成納米系統組負責人 Eric Dauler 表示：「在量子工程領域領先需要一系列能夠測試量子比特的控制、讀取和連接的實驗。我們希望利用 CQE 來拓展與大學裡同行的合作，並且一起建立量子工程原理的基礎。」

MIT 的實驗室有著先進的設施來支持量子技術的發展。比如林肯實驗室內就包括了一個經過 ISO-9001 認證的、能夠製造前沿超導電路和離子阱量子比特應用微電子實驗室。MIT 最近又開啟了一個佔地面積大於兩萬平方英尺（約 1858 平方米）的設施 MIT.nano 以供探索研發量子技術。

MIT 量子光學實驗室負責人 Dirk Englund 表示，CQE 給了他的團隊一個很好的機會。他可以在 CQE 與林肯實驗室和 Paola Cappellaro 領導的 MIT 量子工程團隊合作進行量子感測器和網路的研究。「我們三個團隊對鑽石量子技術都擁有各自的專長，包括其相關的演算法、製造和系統工程。」Englund 也認為 CQE「通過增強團隊合作科研能力更好地完成了林肯實驗室保護美國國家安全的使命。」

CQE 的建立背後有著多個出資機構。美國國家安全局（National Security Agency）的物質科學實驗室（Laboratory for Physical Sciences，以下簡稱 LPS）也是 CQE 的創立者之一。其希望通過資助 CQE 來支持更多的研究生、博士生、科研項目以及課程開發。LPS 的技術主任 Charles Tahan 表示：「教育新一代量子科學家和量子工程師對於量子信息技術的未來是至關重要的。」

林肯實驗室除了有每年 1500 萬美元的贊助來進行量子信息科學技術的基礎科研外，還有至少每年 400 萬美元可以內部自由分配。這其中的一部分將被用於資助 CQE 的研究生、博士生和科研活動。同時，賽普拉斯半導體（Cypress Semiconductor）的創始人 T.J. Rodgers 將會資助 CQE 至少 500 萬美元在 MIT 來創立一個量子整合實驗室以及支付 RLE 翻新費用來容納更多的科研工作者與合作者。

打造量子「生態鏈」

MIT 即將通過這個中心來設計一系列課程來訓練更多的量子「生力軍」。《超導量子比特》就是其中一門新的課程，在 2019 年這門課程將會再次開放給學生們。更多的量子課程，例如量子控制，量子雜訊，有噪情況下的中小型量子計算機演算法，都已經在籌備中。CQE 同時也參與了 MIT Digital Learning 的在線量子課程設計。《量子計算基礎》與《量子計算現狀》職業發展在線課程系列在 2018 年首次發布，並且在 2019 年繼續開放給大眾。

MIT 物理與電子工程教授、《量子計算與量子信息》的作者之一 Issac Chuang 擔任了 MIT Digital Learning 的高級副主任，他表示工業界的業內人士與年輕的學者們是這款教育項目的目標對象。領導 CQE 教育部門的 Chuang 說道，「這款教育項目會有助於學生們獲得學位，同時也會提供一份證書來證明參與課程的學生已經精通量子信息處理的基礎。」

CQE 同時也會成立「量子工程工業界財團」來給工業界的同行們提供最新研究成果的優先知情權，並且主持招聘會來連接學量子學者們與可靠的績優公司、創業公司、風投公司以及美國政府機構。

MIT 企業關係執行主管 Karl Koster 說道：「我認為量子科研對例如機器學習、人工智慧和網路安全的新興科技的潛在影響無疑將會吸引工業界的興趣。通過引入工業界以及保留其自身的優勢，CQE 將能夠一直高效地產出最優秀的量子研發人員。」

該財團也將會與 MIT 成立的、負責資助暫時「硬科技」（Tough Tech，即沒有商業化的高新科技）創業公司的 The Engine 合作。

The Engine 投資團隊中的一名普通合伙人 Reed Sturtevant 說道：「當我們開始在 2018 年初投資量子計算時，量子計算這塊『困難科技』才剛剛出現。然而就在不到一年裡，我們已經看到了這塊領域的快速發展。作為波士頓地區的投資者，CQE 以及 The Engine 鼓勵我們繼續在將來資助更多的量子科技商業運用。」

Oliver 補充道：「我們的目標是在 MIT、乃至於大波士頓地區創建一個量子『生態鏈』。」

L 林肯實驗室的教職工將會作為 RLE 項目負責人參與到 CQE 中。他們將進一步使實驗室里的基礎研究與 MIT 校園裡的科研團隊相結合。Jeremy Sage 是林肯實驗室里第一個被任命為項目負責人的教職工。Sage 不但一直在與 Chuang 研究著離子阱量子比特，並且還和 Rajeev Ram 教授合作設計集成光子技術來控制量子比特。

Sage 說道：「我們只有同時深入了解這些量子系統的物理原理和我們所研發硬體所有的功能後，才可以成功的控制這些量子比特。CQE 主要目標之一就是創造機會來進行這些深入了解。」

CQE 的初始項目主要包括了超導量子比特處理器、離子阱處理器、量子通訊技術以及量子感測器。Englund 補充道：「我相信我們團隊有了 CQE 的幫助後能夠在量子感測器方向獲得更多的收穫，並與此同時開啟模塊化量子計算的科研。」

負責監管量子科研組的林肯實驗室高科技部門助理主任 Mark Gouker 表示對 CQE 的建立「極其興奮」。他也希望這次合作展開到量子信息科學之外的領域。

Gouker 說道，「CQE 給校園內更多的合作做了一個榜樣。林肯實驗室也可以給校園內其他應用科學小組帶來必要設施與創新精神。我們希望看到更多類似的合作在包括材料科學、納米系統與微系統、生物技術等領域開展。」

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