Plus petit n'est pas toujours mieux, mais en ce qui concerne l'ingénierie quantique, les développements à l'échelle quantique sont prêts à changer le monde.«La recherche en génie électrique et informatique est essentielle à un effort mondial pour faire progresser la recherche en génie quantique et former la nouvelle génération d'ingénieurs quantiques», a déclaré Luke Lester, chef du département de Bradley du génie électrique et informatique (ECE).«Et notre département est bien placé pour faire partie de la révolution quantique."
L'ingénierie quantique est prête à révolutionner la société, a déclaré Lester.Il pourrait améliorer nos systèmes de communication, nous apporter de nouvelles méthodes pour sécuriser les données, rendre nos appareils plus économes en énergie et, bien sûr, rendre les ordinateurs plus petits.
Selon le professeur d'ECE Wayne Scales, qui travaille du côté du programme des efforts du département, quantum est la prochaine étape naturelle de l'informatique, après des commutateurs et des transistors mécaniques, et l'impact pourrait être tout aussi important.
L'ingénierie quantique n'est pas seulement notre ingénierie habituelle à plus petite échelle, cependant.Aux niveaux quantiques, différentes lois physiques et phénomènes s'appliquent à ce à quoi nous sommes habitués à une plus grande échelle.L'ingénierie quantique nécessite une expertise interdisciplinaire, y compris l'ingénierie électrique et informatique, la science des matériaux, l'informatique, la physique, la chimie et les mathématiques.
Two new centers for quantum research
Pour surmonter cet obstacle interdisciplinaire, Virginia Tech forme deux centres d'ingénierie quantique - un à Blacksburg et un à Alexandrie.Ces centres réuniront des chercheurs de plusieurs domaines pour relever les défis quantiques.
Le centre d'architecture quantique et de développement de logiciels fera partie du campus d'innovation Virginia Tech à Alexandrie et est partiellement financé par un 12 $.5 millions de cadeaux de Northrop Grumman.
Le Virginia Tech Center for Quantum Information Science and Engineering sera le complément basé à Blacksburg du Centre Alexandrie et abordera de grands sujets de recherche de la cryptographie aux horloges atomiques.
ECE quantum research
Plusieurs membres du corps professoral de l'ECE ont déjà des projets de recherche en génie quantique actif.
Lester, ainsi que Mantu Hudait, professeur agrégé d'ECE, recherchent des dispositifs à points quantiques - et les matériaux nécessaires pour les créer.Leur équipe élabore des dispositifs tels que des lasers ultra-rapides, des sources de photons uniques et des cellules solaires à haute efficacité.
Le nouveau professeur adjoint Linbo Shao étudie le traitement de l'information quantique sur les substrats en silicium.Ces dispositifs haute performance utilisent des dispositifs micro-ondes, acoustiques et optiques.
Vassilios Kovanis, professeur collégial et directeur de maître de programme d'ingénierie pour le nord de la Virginie, travaille sur la mécanique quantique non-himitienne qui utilise une combinaison de dissipation et d'unité contraste avec la mécanique quantique traditionnelle.Dans ce contexte, il développe des oscillateurs photoniques réglables et des horloges photoniques ainsi qu'une variété de capteurs ultra-sensibles.
Le professeur adjoint collégial Ravi Ragunathan travaille sur un balise d'essai de distribution quantique qui peut s'intégrer aux modalités cyber et radiofréquences.
Quantum education
En plus des programmes de recherche quantique, ECE développe un nouveau programme d'études et de nouveaux cours pour former la prochaine génération d'ingénieurs quantiques.
“It’s a big debate on how to train students in quantum engineering, because it’s so interdisciplinary," said Scales.
Étant donné que ce programme a un impact sur de nombreuses communautés technologiques, la Commonwealth Cyber Initiative et l'Institute for Institute for Critical Technology and Applied Science ont aidé à financer le développement de laboratoire.
Une chose qui est une certitude pour la formation des ingénieurs quantiques: la nécessité d'un cours de laboratoire quantique pour l'apprentissage pratique.Le cours - enseigné pour la première fois au semestre de printemps - est destiné aux étudiants dans les domaines de l'ingénierie et des sciences.
Actuellement, une telle infrastructure de laboratoire d'apprentissage expérientiel n'est pas courante aux États-Unis.Le cours est basé sur la photonique quantique et couvre les concepts scientifiques quantiques fondamentaux, la communication quantique, la cryptographie quantique et la détection quantique.Bien que le cours soit initialement enseigné au niveau des cycles supérieurs, Scales prévoit de l'offrir aux étudiants de premier cycle - peut-être même à ceux de leur deuxième année.
En fin de compte, Scales prévoit d'offrir un laboratoire virtuel ainsi que l'expérience en personne, permettant à plus d'étudiants d'accéder à cette formation. “You can log in remotely to the control panel, and run the experiments," he said.Par conséquent, les étudiants sur d'autres campus ou d'autres universités, ainsi que les professionnels, pourraient alors bénéficier du Virginia Tech Lab.
Les échelles établissent également des partenariats avec d'autres universités qui pourraient ensuite offrir le laboratoire dans le cadre de leurs programmes - en particulier les universités qui pourraient aider les minorités sous-représentées à accéder aux outils. “It’s an enormous educational opportunity," said Scales.
Le développement du cours ne s'arrête pas avec les universités, cependant. “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.C'est une toute nouvelle façon de penser pour la personne moyenne."
Le domaine change, les échelles notées, de la science purement fondamentale.«Cela évolue d'être sa propre discipline d'ingénierie, avec de nouvelles applications critiques, notamment la cybersécurité, les communications quantiques, la détection quantique et les matériaux quantiques."
