加州理工学院新量子精密测量中心于日前举行落成典礼
2026年6月18日——6月17日,教授、学生、校友、捐赠者、州及地方政府代表以及行业合作伙伴齐聚一堂,庆祝加州理工学院艾伦与夏洛特·金斯伯格量子精密测量中心的落成典礼。这个新中心将成为未来量子科学与量子技术领域广泛研究的核心场所。
在落成典礼上,加州理工学院校长、索尼娅与威廉·达维多夫校长讲席教授、物理学教授Thomas F. Rosenbaum表示:“建立一个能把从不同角度思考重大问题的人聚集在一起的地方,这非常符合加州理工学院的精神。这座建筑在很多方面代表了加州理工学院最好的一面。”他指出,除了量子科学,该中心还将“为生物学、化学、物理学、工程学和计算机科学带来新的机遇”。
这一时刻距离这座位于校园南侧、面积达7万平方英尺的现代化建筑破土动工已有三年。该建筑的建成得益于博通公司(Broadcom)、段氏家族(Duan Family)、艾伦与夏洛特·金斯伯格博士(Dr. Allen and Charlotte Ginsburg)的主要捐赠,以及谢尔曼·费尔柴尔德基金会(Sherman Fairchild Foundation)的资助,此外还有许多小额捐赠。
在典礼上,Allen Ginsburg博士表示,他之所以对与加州理工学院合作感到兴奋,部分原因在于像NASA旅行者号(Voyager)任务这样的人类最持久的航天器探索事业。旅行者号任务由加州理工学院管理的NASA喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)负责,其两艘探测器于1977年发射,至今仍在星际空间与地球保持通信。他说:“这一切都始于加州理工学院。”他和妻子对未来充满乐观,并提到了“杰出头脑、人工智能和量子计算机”的强强联合。
Charlotte Ginsburg说:“今天,当我们参观这座建筑时,它美得超乎我们的想象,我们非常荣幸能参与加州理工学院以及你们在这里所做的一切。”
曾长期担任谢尔曼·费尔柴尔德基金会主席的Bonnie Burke Himmelman(她的儿子Jeff Himmelman现任基金会负责人)也发表了讲话。“基金会与加州理工学院之间的合作历史悠久且形式多样。自20世纪70年代以来,我们已提供了超过36笔资助。”
Himmelman谈到了她已故的父亲Walter Burke(谢尔曼·费尔柴尔德基金会的创始董事、加州理工学院董事会终身成员)与Kip S. Thorne(62届校友,荣休理查德·费曼理论物理学教授,因在LIGO(激光干涉引力波天文台)中的创始性作用而共同获得2017年诺贝尔物理学奖)之间的关系。2015年,由加州理工学院和麻省理工学院管理的LIGO首次探测到了被称为引力波的时空涟漪。
她说:“所以我提出的问题是,Walter Burke、Kip Thorne与加州理工学院这个机构之间的友谊有何独特之处?他们欣赏彼此的知识好奇心,并且都以各自的方式充当着冒险者——Kip在科学界,而我父亲则在投资界,特别是风险投资领域。同样重要的是,他们尊重彼此在不同领域取得的成就。”(2014年,加州理工学院和谢尔曼·费尔柴尔德基金会设立了Walter Burke理论物理研究所,以此向Burke致敬。)
全新的枢纽
这座五层建筑将包括位于最先进地下实验室之上的互动空间和办公室。这些空间包括段氏家族基础量子科学研究所(Duan Family Institute for Fundamental Quantum Sciences),该研究所涵盖了金斯伯格中心以及相邻的唐斯(Downs)和劳里岑(Lauritsen)实验室;博通量子实验室(Broadcom Quantum Laboratory);以及由谢尔曼·费尔柴尔德基金会资助的吉普·索恩实验室(Kip Thorne Laboratories)。
建立新的金斯伯格中心的动力源于汇聚探索量子领域专家的需求。量子领域是我们宇宙最基本的层面,粒子在其中以看似不可能的状态存在,例如叠加态(粒子同时处于两个位置)和纠缠态(粒子无需直接接触即可共享某些特性)。加州理工学院的研究人员出于不同目的研究量子粒子,包括构建未来的量子计算机;测量引力波;以及研究量子引力理论,该理论试图将量子物理学的微观世界与阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论(一种关于时空大尺度结构的理论)联系起来。
尽管科学家们有着共同的兴趣,但他们在校园里并没有一个共同的中心枢纽。
理论物理学理查德·费曼教授、量子信息与科学研究所(IQIM)Allen V. C. Davis与Lenabelle Davis领导力讲席教授John Preskill表示:“我们以前分散在校园各处。IQIM的总部将设在这座新楼里。这座建筑将把我们很多人聚集在一起。研究相关问题的研究人员之间,以及理论家和实验学家之间的随机碰撞将激发新的想法。这对我们的研究文化来说将非常棒。”他指出。
该建筑的研究重点将是一个不断发展的领域——量子精密科学。在该领域,科学家们旨在以前所未有的精度控制和测量量子粒子的集合。LIGO的最新进展就是这种方法的杰出范例。2023年,LIGO研究人员成功采用了一种称为频率相关量子压缩的先进技术,以规避量子物理学中的固有不确定性,并实现了迄今为止最精确的测量。这些测量探测到了由宇宙中黑洞发出的引力波所引起的时空细微变化。
Harold A. Rosen物理学教授、2013年至2025年担任加州理工学院物理、数学与天文学系(PMA)主任的Fiona Harrison表示:“量子精密科学是一个发展非常迅速的领域,具有许多协同效应。我们希望能将相关学科的理论家和实验科学家聚集在一起,鼓励大量互动,并共享空间和设备。”Harrison在推动金斯伯格中心的发展方面发挥了主导作用。
即将搬入该建筑的其他研究人员,例如物理学助理教授Nelson Darkwah Oppong,将研究光学原子钟——世界上最精确的时钟。这些设备将激光锁定在原子的自然共振频率上;该激光每秒振荡数百亿次,从而为时钟提供滴答声。最先进的光学原子钟精度极高,如果时钟上下移动不到十分之一英寸,它就能探测到时间流逝的差异,这是爱因斯坦广义相对论的结果。
时钟非凡的灵敏度使其成为不仅用于计时,也用于探索周围世界的强大工具。它们可用于检验基本物理定律,并改进依赖精确计时的技术,例如卫星导航。在新楼中要探索的问题包括:量子计算工具如何能让这些时钟变得更好,以及这些时钟本身如何帮助构建未来的量子技术。
量子精密技术处于创造量子计算机探索的前沿。致力于基于中性原子(其中单个原子由激光镊子捕获)的量子计算机的加州理工学院研究人员将入驻该建筑的部分区域。他们将与物理学教授Manuel Endres实验室的同事们比邻而居。Endres是开发中性原子量子计算机领域的领先专家。他的实验室设在乔治·W·唐斯物理实验室和查尔斯·C·劳里岑高能物理实验室(合称Downs-Lauritsen),该实验室将通过地下隧道与金斯伯格中心相连。
与此同时,像Eddleman理论物理学教授、Burke研究所所长Xie Chen这样的理论家也将搬入该建筑。Chen研究来自大量纠缠粒子(也称为量子多体系统)产生的奇异涌现特性。
Chen在加州理工学院关于金斯伯格中心的视频中表示:“令人惊叹的是,来自不同视角的人可以看到截然不同的东西,然后完全激发彼此的灵感。可以预见的是,一座新的建筑和新的互动空间将引领量子科学的新思路和突破。”
博通公司半导体解决方案集团总裁Charlie Kawwas也在落成典礼上发表了讲话:“正如你们可能都知道的,人工智能主导了今天的每一次讨论,尤其是与我的孩子以及我的员工之间,”他说,“然而,当我们超越人工智能,着眼于长远未来,特别是那些可以转化为产品的技术时,我们由衷地相信,量子计算的潜力甚至比人工智能更大、更深刻、更具颠覆性。”
该建筑本身位于2016年拆除的一座旧物理楼旧址上,坐落在罗纳德与玛克辛·林德数学与物理楼(Ronald and Maxine Linde Hall of Mathematics and Physics)和Downs-Lauritsen楼之间。项目的主建筑师是HOK公司,该公司曾设计华盛顿特区的国家航空航天博物馆(National Air and Space Museum)以及全球其他著名建筑。这一选择支持了加州理工学院对可持续设计的重视,而这是HOK的专长。金斯伯格中心正在争取获得能源与环境设计先锋(LEED)金级认证。Charles Pankow Builders随后加入团队,作为该新设施的承包商。
地下的静谧
由于进行精确测量需要极其稳定的环境,这些实验室经过了精心设计,以实现最小的振动和湿度,以及极端温度控制。所有实验室都位于地下28英尺处,整个实验室区域下方有一块3英尺厚的连续承重板。
加州理工学院规划、设计与施工团队负责人Eugene Kim表示:“通过将整个设施锚定在这单一的重型地基上,我们可以完全中和地表振动,为量子精密测量创造一个超稳定的环境。化学和生物楼主要处理化学品和废气排放,而这座建筑和实验室环境则是为超稳定性而建。紧邻加利福尼亚大道,交通繁忙,这曾经是一个挑战,但这些实验室非常安静。你完全听不到或感觉不到来自街道的干扰。”
每个实验室都有自己专用的空气处理系统,并且设计得能够容纳精密的热控制。实验室周围包裹着大量的电磁屏蔽,以阻挡环境无线电波和校园电子设备对敏感量子态的干扰。
架设桥梁
为了最大限度地促进合作并增加偶遇的机会,该中心将设有一座桥,连接金斯伯格中心的顶层和Downs-Lauritsen楼(后者是Burke研究所和加州理工学院粒子理论小组所在地)。这种连接反映了将量子技术应用于基础物理学探索的机遇正在迅速扩大。
在落成典礼上,加州理工学院弗雷德·卡弗里理论物理学与数学教授、现任PMA的Kent与Joyce Kresa领导力讲席教授Hirosi Ooguri将金斯伯格中心与Downs-Lauritsen之间的桥梁和隧道比作一个称为拓扑学的数学领域。在拓扑学中,一个球和一个甜甜圈(本质上是一个带洞的球)代表了不同的状态。
他说:“上方的桥梁和下方的隧道不仅仅连接了两座建筑,它们共同形成了一个环路。从这个意义上说,我们改变了加州理工学院物理学的拓扑结构。在物理学中,拓扑结构的改变可以导致量子材料中出现性质不同的新现象,而这正是我们量子科学进展的核心。我希望这种新的连通性能对我们的学界产生类似的效果:新的对话、新的思维模式以及我们任何人都无法预先计划的发现。”
金斯伯格建筑的设计元素体现了量子领域的美感。其南侧和西侧的透明外墙向内弯曲,暗示着棱镜或时空的弯曲,而玻璃幕墙上的翅片形成的图案则巧妙地呼应了著名的双缝实验,该实验证明了光和物质同时表现出粒子和波的行为。一些窗户还装饰着代表量子粒子的微小圆点,广场上的铺装图案则模仿了量子电路。
Harrison说:“我们正在拆除障碍和孤岛,整合所有要素,奇迹将由此发生。”


