2026年8月25日——为加速量子计算的发展，美国国家科学基金会（NSF）宣布成立一个新的研究机构，达特茅斯学院将成为其中一员。该机构名为 MARQUIS（Manufacturable and Resilient superconducting Quantum Information Systems，意为“可制造且稳健的超导量子信息系统”），是 NSF 的 Quantum Leap Challenge Institutes（量子飞跃挑战研究所）计划 2.9 亿美元资助轮中的八项举措之一。

MARQUIS 由普林斯顿大学牵头，将开发硬件制造技术、制定教育和人才培训计划，以深化美国在量子科学与工程领域的领先地位。该研究机构将汇集不同领域的专家，合力攻克一个关键瓶颈——量子处理器核心组件的制造。

“能与这支世界级团队合作，以材料优先的视角重新构想约瑟夫森结——它也许是超导量子硬件中最重要的组件——这让我感到十分荣幸和激动。”达特茅斯工程学院助理教授 Mattias Fitzpatrick 说。他将与达特茅斯学院物理学副教授 James Whitfield 一起参与研究所工作。“我在达特茅斯的团队将帮助测量这些电路中的微小材料缺陷，即二能级系统缺陷，以协助团队开发新材料和制造工艺，解锁下一代超导量子硬件。”

“要让量子计算机达到科学上有用的规模，最基本的元件必须被重新发明。”普林斯顿大学电子与计算机工程教授、普林斯顿量子计划（Princeton Quantum Initiative）联合主任 Nathalie de Leon 说。她将领导这一新研究机构。“整个领域使用基本相同的材料技术已有约四分之一个世纪。”她说。

据 NSF 称，MARQUIS 将在五年内获得 NSF 提供的 2790 万美元资助，其中达特茅斯学院将获得超过 200 万美元。研究团队汇聚了材料科学、量子器件和半导体工艺三大领域的专业知识，涵盖九家研究机构的二十多个实验室。

除普林斯顿大学和达特茅斯学院外，参与机构还包括康奈尔大学、麻省理工学院（MIT）、加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）、斯坦福大学、NY Creates、密歇根州立大学和爱荷华大学。顾问委员会中的机构包括 Google Quantum AI、NVIDIA、Applied Materials、Oxford Instruments、Bluefors、KU Leuven/Imec 和麻省理工学院林肯实验室。

除了重新发明材料体系，MARQUIS 团队还将开发验证和比较不同设计性能的方法，并在中等规模量子处理器上测试这些设计——这一步介于学术实验室通常开发的小型系统与将来能够运行实用量子算法的大型处理器之间。

据 MARQUIS 负责人介绍，这些测试平台将有助于让不同实验室的研究工作实现标准化，并让其他领域的专家能够为核心挑战作出有意义的贡献。例如，对量子计算可能有价值的半导体制造技术，往往涉及量子研究人员不具备的高度专业化知识。

根据项目摘要，Fitzpatrick 最近获得了 NSF 材料研究部（Division of Materials Research）的 CAREER 奖，以支持他“加深对原子尺度缺陷的理解——这些缺陷限制了量子电子学中下一代材料的性能”的研究工作。该奖项认可了他团队在达特茅斯开发的、用于研究量子计算关键材料的独特光谱技术的巨大潜力。

“我们可以看到，材料方面的限制将成为接下来的重大瓶颈之一。”de Leon 说。她表示，大型研究机构能够创造出协调众多不同人员活动的机制。她的想法是：将力量集中起来，瞄准量子计算领域由来已久的难题之一。

“让我们组建一支梦之队，”de Leon 说，“争取攻克这一难题。”