2026年6月24日——由密歇根大学工程学院领导的一个团队，正竞逐一个耗资5500万美元的研究中心，该中心旨在展示能在现实世界中运行的量子技术。

凭借为期两年、总额400万美元的第二阶段资助，该团队专注于光驱动芯片，旨在将量子精度引入微电子领域。这是美国国家科学基金会（NSF）国家虚拟量子实验室设计竞赛第二阶段资助的九个项目之一。

该项目名为“量子光子集成与部署”（QuPID），目标在于制造首款坚固耐用、即插即用的量子光子芯片。这类芯片利用光的量子特性，将最先进的量子测量从实验室带向实际应用，其工作波段覆盖从红外到深紫外范围。项目还囊括了多家领先的工业合作伙伴，他们将为这些器件的制造可行性提供反馈。

量子光子器件的“指引星”应用

为聚焦研究重点，该团队选定了两大应用方向：具备量子精度的（无GPS）惯性导航，以及能够监测量子过程的“相机”。

“我们的指引星用例是量子导航。我们将设计量子芯片，让用户能比经典设备在更长时间内，以极高精度确定自身位置。同时，这些芯片将足够紧凑、价格实惠且坚固耐用，适用于日常车辆及未来的火星任务。”项目首席研究员、密歇根大学电气工程与计算机科学教授 Mackillo Kira 表示。

量子导航在GPS不可用的环境中将极具价值，例如水下、深空以及月球表面。

第二个“指引星”应用则更侧重于实验室——即能够测量驱动电子设备和化学反应过程的量子“相机”。它将依赖于同步（相干）波、量子纠缠以及阿秒级（十亿分之一秒的十亿分之一）测量速度的组合。目前，产生或观测这些现象中的任何一种，都需要一整套实验室设备。

该团队计划利用一套量子组件将这些技术微型化，这些组件被视为可组合构建不同设备的“乐高积木”。设计用于量子测量的关键组件，是此阶段的主要目标之一。

“用于量子应用的集成光子组件，面临着比经典光学组件严格得多的要求，这主要是因为需要近乎零损耗、高保真度操控以及极端的稳定性。此外，要部署量子技术，这些组件必须实现高效率集成。”项目副主任、密歇根大学电气工程与计算机科学副教授 Parag Deotare 表示。

第一阶段成果：压缩光与量子友好型半导体

在项目的第一阶段，团队探索了一种可能成为量子光子学“硅”的新半导体材料——氮化钪铝（ScAlN），这是一种铁电三族氮化物。他们发现，这种材料不仅性能超越其他量子光子学材料，而且通用性更强，更易于与现有的硅基微电子技术集成。这项工作由密歇根大学电气工程与计算机科学教授、项目联合首席研究员 Zetian Mi 领导。其芯片集成工作则由密歇根大学电气工程与计算机科学教授 Di Liang 领导。

另一项关键进展体现在压缩光领域，它能实现超越量子“模糊性”典型极限的更高精度。当光被“压缩”时，其量子噪声会被重新分配：用户所需的测量变得更加精确，而光的不确定性则转移到另一个未被测量的属性中。

精度的提升以分贝（dB）衡量，因为它反映了相对于真空中光固有模糊性的噪声降低量。该团队已利用芯片实现了世界领先的3分贝噪声抑制，他们计划在本阶段将这一数值提升至5分贝，最终目标是达到15分贝。此项工作由密歇根大学电气工程与计算机科学副教授 Zheshen Zhang 领导。

涵盖学术界、产业界和政府部门的团队

利用光的相干性、量子特性和阿秒特性进行高精度测量，是QuPID团队的又一优势。

“这项工作建立在与俄亥俄州立大学、普渡大学、哈佛大学和斯坦福大学的合作伙伴长期、开创性的努力之上。”QuPID项目的共同研究员、密歇根大学物理学教授、密歇根大学量子研究所（QRI）联席主任 Steve Cundiff 表示，“QRI在凝聚QuPID团队、加速跨机构合作方面发挥了关键作用。”

由于启动量子器件的商业开发是美国国家科学基金会（NSF）项目的一个关键目标，QuPID团队也在扩大其吸引和培养未来人才的力度。在人才招募方面，他们正与K-12教师合作，以符合现有课程标准的方式，将量子概念融入教学内容。对于现有从业者，他们正根据工业合作伙伴的需求，开发量子技术培训模块。最后，他们还与推广合作伙伴协作，向公众普及量子技术。

项目首席与联合首席研究员涵盖了新技术开发的三个研究领域：理论、材料设计和器件集成。Kira 负责量子理论与设计，Mi 负责原子层级的量子材料生长。Deotare、Zhang 以及斯坦福大学电气工程教授 Jelena Vučković 则负责构建量子光子器件。

2028年，该团队将提交一份提案，阐述他们将如何构建量子设计的原型，包括在实验室外利用光演示量子测量。如果成功，他们将在五年内获得5000万美元，用于制造首批可投入实际应用的量子设备。