麻省理工、林肯实验室联合成立新量子工程中心

量子力学的运用已经让我们的生活发生了巨大的改变。半导体电子产品、激光和量子钟都基于科学家们对事物量子本质的了解。但是，这些仅仅只是量子技术最表层的运用。如今，能够连接量子科学和传统工程学科的量子工程即将把量子技术的运用再上一个台阶。

麻省理工学院（以下简称 MIT）电子科研实验室（Research Laboratory of Electronics，以下简称 RLE）与林肯实验室（Lincoln Laboratory）正在合作，将量子科学与量子技术用于更多的实际应用中。

近日，MIT 的 RLE 和林肯实验室为了在量子领域领先创立了 CQE。CQE 会集结林肯实验室和 MIT 的专家学者、设施和资源来加速量子科学的研发以及量子技术的应用。这方面的突破会改变未来的网络安全、药品研发、机器学习、通信系统、磁学量测量、导航等等。

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图丨从左到右分别是：林肯实验室量子信息与集成纳米系统组负责人 Eric Dauler，RLE 副主任、林肯实验室研究员 William Oliver，以及 RLE 负责人 Marc Baldo。他们正在创立量子工程中心（Center for Quantum Engineering，以下简称 CQE）来支持前沿量子技术。

林肯实验室负责人 Eric Evans 表示，这次合作将会“结合 RLE 和林肯实验室的科研工作，使得我们能够使用最新的量子比特技术、微电子学技术和算法来制造大型量子计算系统的原型机。我们希望能给量子计算这块领域带来新的突破。”

RLE 副主任、林肯实验室研究员 William Oliver 则将会负责 CQE。CQE 的总部也将设立在 RLE。Oliver 将量子工程看作量子信息科学的进阶，他说道：“在过去很长一段时间里，量子设备仅仅存在于实验室里。然而目前我们已经确定了这些设备是可以运行的，所以从现在开始我们应该把重心放在现实应用上。”

RLE 另一名副主任 Wolfgang Ketterle 也表示：“我们已经几乎能够完全控制由原子、光子或类原子固态系统构成的简单量子系统了。CQE 的创建将会加快科学探索的步伐，并且带领我们实现更多量子工程的新应用。”

RLE 负责人 Marc Baldo 补充道，RLE 里物理和工程的交叉技术已经足够成熟到可以进行量子工程了。Baldo 说道：“最重要的是这是一个全新的前沿科技。我们完全不知道量子力学可以做什么。但我们知道的是他们是基于量子物理的，所以量子力学带来的运用是经典机器无法实现的。而我们为开启这个方向的研究已经准备了 20 到 30 年。”

合并资源

MIT 和林肯实验室在量子科研上的合作可以追溯到 20 年前。Oliver 和当时还在林肯实验室的 MIT 教授 Karl Berggren，与 MIT 教授 Terry Orlando 开始了超导量子比特的科研（量子比特是量子计算机的基础）。Oliver 说道：“很多量子信息科学理论和算法的基础以及早期实验性的实现都是在 MIT 研究出来的。”

林肯实验室是一个由美国政府资助的研发中心，其在设计与制作先进设备的原型机上尤其突出。那里的科研工作者们早已开始研究量子比特的实现方法，包括离子阱和超导电路，以及量子通信系统和传感器。林肯实验室的量子信息与集成纳米系统组已经证明了不少可行的集成量子电路实现方法，包括可以控制光电信号离子阱技术与可以制造多个超导量子比特和控制电路系统的工序。最近，量子通信系统也到了测试阶段，其中包括了一条处于运转中的、连接林肯实验室和 MIT 校园的 42 公里长光纤维量子通讯试验信道。量子信息与集成纳米系统组负责人 Eric Dauler 表示：“在量子工程领域领先需要一系列能够测试量子比特的控制、读取和连接的实验。我们希望利用 CQE 来拓展与大学里同行的合作，并且一起建立量子工程原理的基础。”

MIT 的实验室有着先进的设施来支持量子技术的发展。比如林肯实验室内就包括了一个经过 ISO-9001 认证的、能够制造前沿超导电路和离子阱量子比特应用微电子实验室。MIT 最近又开启了一个占地面积大于两万平方英尺（约 1858 平方米）的设施 MIT.nano 以供探索研发量子技术。

MIT 量子光学实验室负责人 Dirk Englund 表示，CQE 给了他的团队一个很好的机会。他可以在 CQE 与林肯实验室和 Paola Cappellaro 领导的 MIT 量子工程团队合作进行量子传感器和网络的研究。“我们三个团队对钻石量子技术都拥有各自的专长，包括其相关的算法、制造和系统工程。”Englund 也认为 CQE“通过增强团队合作科研能力更好地完成了林肯实验室保护美国国家安全的使命。”

CQE 的建立背后有着多个出资机构。美国国家安全局（National Security Agency）的物质科学实验室（Laboratory for Physical Sciences，以下简称 LPS）也是 CQE 的创立者之一。其希望通过资助 CQE 来支持更多的研究生、博士生、科研项目以及课程开发。LPS 的技术主任 Charles Tahan 表示：“教育新一代量子科学家和量子工程师对于量子信息技术的未来是至关重要的。”

林肯实验室除了有每年 1500 万美元的赞助来进行量子信息科学技术的基础科研外，还有至少每年 400 万美元可以内部自由分配。这其中的一部分将被用于资助 CQE 的研究生、博士生和科研活动。同时，赛普拉斯半导体（Cypress Semiconductor）的创始人 T.J. Rodgers 将会资助 CQE 至少 500 万美元在 MIT 来创立一个量子整合实验室以及支付 RLE 翻新费用来容纳更多的科研工作者与合作者。

打造量子“生态链”

MIT 即将通过这个中心来设计一系列课程来训练更多的量子“生力军”。《超导量子比特》就是其中一门新的课程，在 2019 年这门课程将会再次开放给学生们。更多的量子课程，例如量子控制，量子噪声，有噪情况下的中小型量子计算机算法，都已经在筹备中。CQE 同时也参与了 MIT Digital Learning 的在线量子课程设计。《量子计算基础》与《量子计算现状》职业发展在线课程系列在 2018 年首次发布，并且在 2019 年继续开放给大众。

MIT 物理与电子工程教授、《量子计算与量子信息》的作者之一 Issac Chuang 担任了 MIT Digital Learning 的高级副主任，他表示工业界的业内人士与年轻的学者们是这款教育项目的目标对象。领导 CQE 教育部门的 Chuang 说道，“这款教育项目会有助于学生们获得学位，同时也会提供一份证书来证明参与课程的学生已经精通量子信息处理的基础。”

CQE 同时也会成立“量子工程工业界财团”来给工业界的同行们提供最新研究成果的优先知情权，并且主持招聘会来连接学量子学者们与可靠的绩优公司、创业公司、风投公司以及美国政府机构。

MIT 企业关系执行主管 Karl Koster 说道：“我认为量子科研对例如机器学习、人工智能和网络安全的新兴科技的潜在影响无疑将会吸引工业界的兴趣。通过引入工业界以及保留其自身的优势，CQE 将能够一直高效地产出最优秀的量子研发人员。”

该财团也将会与 MIT 成立的、负责资助暂时“硬科技”（Tough Tech，即没有商业化的高新科技）创业公司的 The Engine 合作。

The Engine 投资团队中的一名普通合伙人 Reed Sturtevant 说道：“当我们开始在 2018 年初投资量子计算时，量子计算这块‘困难科技’才刚刚出现。然而就在不到一年里，我们已经看到了这块领域的快速发展。作为波士顿地区的投资者，CQE 以及 The Engine 鼓励我们继续在将来资助更多的量子科技商业运用。”

Oliver 补充道：“我们的目标是在 MIT、乃至于大波士顿地区创建一个量子‘生态链’。”

L 林肯实验室的教职工将会作为 RLE 项目负责人参与到 CQE 中。他们将进一步使实验室里的基础研究与 MIT 校园里的科研团队相结合。Jeremy Sage 是林肯实验室里第一个被任命为项目负责人的教职工。Sage 不但一直在与 Chuang 研究着离子阱量子比特，并且还和 Rajeev Ram 教授合作设计集成光子技术来控制量子比特。

Sage 说道：“我们只有同时深入了解这些量子系统的物理原理和我们所研发硬件所有的功能后，才可以成功的控制这些量子比特。CQE 主要目标之一就是创造机会来进行这些深入了解。”

CQE 的初始项目主要包括了超导量子比特处理器、离子阱处理器、量子通讯技术以及量子传感器。Englund 补充道：“我相信我们团队有了 CQE 的帮助后能够在量子传感器方向获得更多的收获，并与此同时开启模块化量子计算的科研。”

负责监管量子科研组的林肯实验室高科技部门助理主任 Mark Gouker 表示对 CQE 的建立“极其兴奋”。他也希望这次合作展开到量子信息科学之外的领域。

Gouker 说道，“CQE 给校园内更多的合作做了一个榜样。林肯实验室也可以给校园内其他应用科学小组带来必要设施与创新精神。我们希望看到更多类似的合作在包括材料科学、纳米系统与微系统、生物技术等领域开展。”

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