Más pequeño no siempre es mejor, pero cuando se trata de ingeniería cuántica, los desarrollos de escala cuántica están listos para cambiar el mundo."La investigación de ingeniería eléctrica e informática es fundamental para un esfuerzo global para avanzar en la investigación de ingeniería cuántica y capacitar a la nueva generación de ingenieros cuánticos", dijo Luke Lester, jefe del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de Bradley (ECE).“Y nuestro departamento está bien posicionado para ser parte de la revolución cuántica."
La ingeniería cuántica está preparada para revolucionar la sociedad, dijo Lester.Podría mejorar nuestros sistemas de comunicaciones, llevarnos nuevos métodos para asegurar datos, hacer que nuestros dispositivos sean más eficientes energéticamente y, por supuesto, hacer que las computadoras sean más pequeñas.
Según el profesor de ECE, Wayne Scales, que está trabajando en el lado del plan de estudios de los esfuerzos del departamento, Quantum es el siguiente paso natural en la informática, siguiendo los interruptores y transistores mecánicos, y el impacto podría ser tan grande.
Sin embargo, la ingeniería cuántica no es solo nuestra ingeniería habitual a menor escala.A nivel cuántico, se aplican diferentes leyes y fenómenos físicos de lo que estamos acostumbrados a mayor escala.La ingeniería cuántica requiere experiencia interdisciplinaria, que incluye ingeniería eléctrica e informática, ciencias de los materiales, informática, física, química y matemáticas.
Two new centers for quantum research
Para superar este obstáculo interdisciplinario, Virginia Tech está formando dos centros para la ingeniería cuántica, uno en Blacksburg y otro en Alejandría.Estos centros reunirán a los investigadores de múltiples campos para abordar los desafíos cuánticos.
El centro de arquitectura cuántica y desarrollo de software formará parte del campus de Virginia Tech Innovation en Alexandria y está parcialmente financiado por $ 12.5 millones de regalo de Northrop Grumman.
El Centro de Ciencia e Ingeniería de la Información Quantum de Virginia será el complemento del Centro de Alexandria con sede en Blacksburg y abordará los temas de investigación amplios desde la criptografía hasta los relojes atómicos.
ECE quantum research
Varios miembros de la facultad de ECE ya tienen proyectos activos de investigación de ingeniería cuántica.
Lester, junto con Mantu Hudait, profesor asociado de ECE, está investigando dispositivos de punto cuántico, y los materiales necesarios para crearlos.Su equipo está elaborando dispositivos como láseres ultrarrápidos, fuentes de fotones individuales y células solares de alta eficiencia.
El nuevo profesor asistente Linbo Shao está investigando el procesamiento de información cuántica en sustratos de silicio.Estos dispositivos de alto rendimiento usan dispositivos de microondas, acústicos y ópticos.
Vassilios Kovanis, profesor universitario y director del programa de maestría en ingeniería para el norte de Virginia, está trabajando en la mecánica cuántica no hermitiana que utiliza una combinación de disipación y unidad en contraste con la mecánica cuántica tradicional.Dentro de este contexto, está desarrollando osciladores fotónicos sintonizables y relojes fotónicos, así como una variedad de sensores ultra sensibles.
El profesor asistente universitario Ravi Raguathan está trabajando en un Bed de Prueba de distribución de clave cuántica que puede integrarse con las modalidades cibernéticas y de radiofrecuencia.
Quantum education
Además de los programas de investigación cuántica, ECE está desarrollando un nuevo plan de estudios y nuevos cursos para capacitar a la próxima generación de ingenieros cuánticos.
“It’s a big debate on how to train students in quantum engineering, because it’s so interdisciplinary," said Scales.
Debido a que este plan de estudios tiene potencial para impactar tantas comunidades tecnológicas, tanto la Iniciativa Cibernética de la Commonwealth como el Instituto de Tecnología Critical y Ciencias Aplicadas han ayudado a financiar el desarrollo de laboratorio.
Una cosa que es una certeza para capacitar a los ingenieros cuánticos: la necesidad de un curso de laboratorio cuántico para el aprendizaje práctico.El curso, que se enseña por primera vez durante el semestre de primavera, está destinado a estudiantes en campos de ingeniería y ciencia.
Actualmente, dicha infraestructura de laboratorio de aprendizaje experimental no es común en los Estados Unidos.El curso se basa en Quantum Photonics y cubre conceptos fundamentales de ciencias cuánticas, comunicación cuántica, criptografía cuántica y detección cuántica.Aunque el curso se enseña inicialmente a nivel de posgrado, Scales planea ofrecerlo a estudiantes universitarios, posiblemente incluso a aquellos en su segundo año.
En última instancia, Scales planea ofrecer un laboratorio virtual y la experiencia en persona, lo que permite a más estudiantes acceder a esta capacitación. “You can log in remotely to the control panel, and run the experiments," he said.Por lo tanto, los estudiantes en otros campus u otras universidades, así como profesionales que trabajan, podrían beneficiarse del Laboratorio de Tecnología de Virginia.
Scales también está construyendo asociaciones con otras universidades que luego podrían ofrecer al laboratorio como parte de sus programas, particularmente universidades que podrían ayudar a las minorías subrepresentadas a obtener acceso a las herramientas. “It’s an enormous educational opportunity," said Scales.
Sin embargo, el desarrollo del curso no se detiene con las universidades. “Ultimately everything will have quantum devices, and we’ll need to train people at trade schools and community colleges in quantum concepts," said Scales, “and even K-12 students.Es una forma de pensar completamente nueva para la persona promedio."
El campo está cambiando, destacadas escamas, de ser una ciencia puramente básica."Está evolucionando ser su propia disciplina de ingeniería, con nuevas aplicaciones críticas que incluyen ciberseguridad, comunicaciones cuánticas, detección cuántica y materiales cuánticos."
