随着“第二次量子革命”的到来,得克萨斯大学的研究人员已做好准备
2026年9月16日——1925年,德国物理学家 Werner Heisenberg 发表了一篇论文,据粒子物理实验室 CERN 称,该论文被视为现代量子理论的“出生证明”。七年后,他因在量子力学领域的开创性工作获得诺贝尔物理学奖。量子力学描述物质在最小尺度上往往令人惊讶的行为,在这一尺度上,电子等物体可以表现出既与粒子又与波相关的性质。
在此后的一百年里,电子、原子和原子核的奇异行为助推了医学、微电子学和能源领域的重大技术突破,催生了 MRI、晶体管和太阳能电池等技术。整个时代可被视为第一次量子革命——如今,德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家和工程师表示,通向第二次量子革命的快速进展正在发生。这一新的创新浪潮力求以前所未有的精度控制量子系统。这种能力可能改变通信、计算、成像、导航、传感以及信息和能源系统,推动支撑现代世界的诸多基础。
The Texas Quantum Institute(TQI) 于2024年 在UT成立,由联合主任 Elaine Li 和 Xiuling Li(两人并无亲属关系)领导,旨在汇聚全校的量子研究能力。TQI 的物理学家、化学家、计算机科学家、工程师和其他研究人员开始携手合作,在该机构“为量子计算机设计算法、开发具有前所未有特性的材料、发明先进测量工具以及构建量子系统方面拥有强劲记录”的基础上继续发展,正如 Elaine Li 在该研究所成立时所说。
自那时起,德克萨斯州的势头不断增强。仅在2025年,德克萨斯州议会就批准了 Texas Quantum Initiative,州长办公室 宣布 在德克萨斯大学奥斯汀分校校园设立一个新的量子增强半导体计量设施,研究人员还齐聚参加两届 Texas Quantum Summit 中的第一届。
在围绕第二次量子革命日益升温的兴奋背后,许多设想中的技术进步都依托于“量子纠缠”——微观电子或被称为光子的光粒子之间的一种奇特联系。纠缠粒子会以日常物理学中没有对应物的方式联系在一起。借助对量子纠缠的新兴理解,科学家越来越能够控制单个量子系统及其相互作用方式,这可能带来从用量子计算机解决重要问题到用量子传感器进行精确得多的测量等种种突破。
“这就像建造新一代 MRI 机器,但灵敏度要高 1,000 倍或一百万倍,”研究电子量子动力学的 Elaine Li 评论道。
Xiuling Li 的研究聚焦于半导体和量子材料与器件。作为科克雷尔工程学院电气与计算机工程教授,她拥有超过25项专利,并正在申请一项与更具可扩展性的单光子量子发射器相关的专利。她使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)制造这些发射器,这一制造工艺也用于生产 LED。她强调,半导体与量子技术之间存在紧密联系,并指出像 UT 这样的大学在推动二者发展方面可以发挥重要作用。
TQI 还在帮助培养下一代科学家和工程师,以适应正在兴起的量子经济。一个例子是 Quantum Cross-platform Advanced Training program(Q-CAT)。这个由美国国家科学基金会资助的研究生培训项目,为学生提供跨学科学习的机会,并让他们在美国空军研究实验室、HRL Laboratories、IBM、NVIDIA 和桑迪亚国家实验室等国家实验室和公司积累经验。未来几年,量子产业将创造数十万个工作岗位。
“量子技术即将改变世界,”Xiuling Li 曾说,“我们需要一支准备好引领这一转型的劳动力队伍。”


