激光将对量子技术的未来发展起关键作用

　　在今年1月举行的科隆启动会议上，一批创新人才发出了路线图的启动信号，该路线图将捆绑北威州的大学、研究机构、初创企业和公司在量子技术领域开展研究。两个主要的州级部门，文化与科学部（MKW）和经济、工业、气候保护与能源部（MWIKE）已委托QT.NMWP.NRW 协调办公室和Forschungszentrum Jülich实施该路线图。弗劳恩霍夫激光技术研究所负责协调工作。

　　北莱茵-威斯特法伦州拥有一个充满活力的量子生态系统。在全州范围内，大学和研究机构、初创企业和成熟企业以及支持性倡议，都在推动量子技术向未来市场发展。北威州政府正在启动一个量子技术路线图，将这些活动捆绑在一起并充分利用现有的实力和区位优势。

　　未来量子技术市场的战略方针

　　Bernd Jungbluth博士代表亚琛弗劳恩霍夫量子技术研究所，就协调北威州量子路线图接受了采访，谈到了量子技术的未来潜力，该州的研究活动，以及研究所的战略性量子技术项目，以及当前路线图的计划和目标。Bernd Jungbluth博士是研究所领导量子技术战略任务的负责人，并负责协调北威州量子路线图。

　　问：是什么让量子技术成为一个具有战略意义、前景广阔的领域？

　　答：目前，正在展开的“量子技术2.0”是过去100年研发技术进步的系统性延续。现在，研究人员能够控制最小的微观系统，能够制备、控制和读出单个原子、离子和光子。其中一个关键工具就是激光，它使能够利用量子力学定律，这些定律通常与直觉相反，但却能产生真正的效果。这让业界能够在传感器技术、成像、计算和安全通信等领域制定新的标准。简而言之：量子技术2.0极大丰富了人类的工程工具箱。

　　问：研究所在这一技术领域扮演什么角色？

　　答：量子技术正处于从知识驱动型基础研究向应用导向型技术开发转变的临界点上。弗劳恩霍夫协会的成立，本身就是为了推动量子技术向产业转移。弗劳恩霍夫激光技术研究所从 2016年一开始就参与其中。毕竟，激光是微米和纳米级高精度加工的终极工具，也是量子系统制备和控制的终极工具。

　　此外，我们一直使用的光子本身就是量子信息的载体。在研究所的一个内部工作组中，我们系统分析了量子技术带来的机遇和需求，以及我们已经具备的技能和需要加强的地方。在此基础上，我们能够成功申请公共资助项目，并为这些项目贡献研究团队的专业知识。我们将自己视为激光行业的先驱，并带领光子学领域的合作伙伴一起踏上这条征程。

　　问：量子技术的哪些应用是焦点？

　　答：目前由德国联邦教育与研究部（BMBF）资助的项目致力于量子光学相干断层扫描（OCT）。这使我们能够精确地洞察陶瓷或组织，后者在医学诊断方面大有可为。这里的亮点在于，我们可以将不同波长的光子相互纠缠在一起。由于这种纠缠，爱因斯坦曾称之为“幽灵”，尽管存在空间分离，但这些光子对的性质仍然密切相关，因此测量一个光子就足以知道第二个光子的状态。我们利用激光和非线性光学产生这些光子对。这个过程对于波长范围内的测量很有意义，迄今为止，在这些波长范围内的探测都很复杂。

　　问：这种应用将带来什么？

　　答：在BMBF资助的“量子测量技术灯塔项目”中，我们联合了其他项目单位成员，该联合体旨在将OCT 技术用于肿瘤检测。研究所将提供线光谱仪和算法。同时，基础光子技术也很重要，例如选择性激光蚀刻，我们利用它将微米级精细结构引入玻璃体。我们利用这种技术为光子量子计算机制造离子阱。另一个重要项目是雷德贝格镊子阵列，它能在雷德贝格计算机中优化光束分布。来自四个输出端的光束被分成2000个小光束，以提供2000个量子位。

　　问：请谈谈亚琛目前正在建造的量子互联网节点？

　　答：在开发量子网络的过程中，我们与荷兰代尔夫特的QuTech公司密切合作，建立了战略合作伙伴关系，因此在这一领域处于国际领先地位。这种合作关系是一个很好的例子，说明我们作为光子学和激光研究所，可以为量子技术提供重要的技术基础，并转让开发激光-光学系统的成熟方法。

　　这些技术基础，包括从光学设计和高精度组件到封装和算法方面的专业知识。在量子互联网方面，研究所已经开发出一种基于非线性光学的几乎无噪声量子频率转换器，目前已用于在代尔夫特和海牙之间的现有电信光纤上成功交换纠缠。

　　问：除了技术魅力外，该如何从战略角度评估这一项目？

　　答：参与这项具有全球影响力的实验，对研究所来说具有多方面的意义。它为我们在未来量子技术领域的活动创造了知名度，确认了未来的战略方向并表明我们处于技术前沿。合作伙伴向我们表明，我们的技术贡献是不可或缺的。

　　此外还有其他方面：通过量子互联网的具体实施，我们每天都在学习并被迫为一些问题找到解决方案。这种实用性还可以吸引人才，而在这个要求苛刻的技术领域，人才是非常稀缺的。技术工人的短缺是量子技术的主要限制之一。有了我们，有才能的人才可以塑造未来，而不是被困在象牙塔里。

　　问：网络在打开量子世界的大门中扮演着怎样的角色？

　　答：我们正在接受北威州的资助，以建立互联网节点。如果没有我们在合作中获得的科学地位，这将是难以想象的。我们非常感谢荷兰同事对我们的信任，以及他们为研究提供的许多真知灼见。他们还在互联网节点建设过程中发挥了关键作用，我们正在代尔夫特共同组装、安装和测试该节点，然后将其带到亚琛并在这里投入使用。研究所目前的优势在于，我们可以将整个激光技术领域，从光源开发到各行各业的具体应用，都汇聚在同一屋檐下。

　　对我们的工业客户和供应商所面临的挑战和问题的深入了解，使我们更加关注市场实际需要什么样的解决方案。目前，我们正在量子技术领域效仿这一做法。我们仍然是一家激光技术研究所，致力于与这一年轻技术领域的参与者密切合作。只有这样，我们才能最大限度地利用40多年来积累的专业知识。

　　问：您如何评价研发现状？

　　答：事实上，我们在北威州已经拥有一个非常富饶的量子生态系统，包括锡根、帕德博恩、波恩和亚琛在内的十所大学、德国航空航天中心、尤利希研究中心、多个弗劳恩霍夫研究所以及大量创新型中小型企业、衍生企业和初创企业都在这里设立了教席。其中既有年轻的亚琛ARQUE系统有限公司开发的基于半导体的可扩展量子计算机，也有锡根eleQtron有限公司开发的基于离子阱的量子计算机，还有明斯特Pixel Photonics有限公司利用超导纳米线和光子集成电路推动单光子探测技术的发展。

　　其中的许多公司都将总部都设在LASER.region.AACHEN地区。因此，我们有许多“灯塔”，需要将它们协同连接起来，才能使各个部分发挥更大的作用。国家通过文化和科学部以及经济、工业、气候保护和能源部支持这一进程。我们起步并不早，但我们拥有非常坚实的科学和工业基础。我们希望利用我们的战略经验，以最佳方式将这些优势捆绑在一起。我们可以在这里创造一个环境，让分拆企业和初创企业能够发展成为未来市场的相关参与者。

　　问：如何制定量子路线图？

　　答：州政府委托研究所负责协调这一进程，我们与EIN量子北威州办事处和尤利希研究中心密切合作。不过，最终目标是让州内尽可能多的参与者参与进来。在启动仪式之后，一切都将真正开始。

　　期间会有一个整合的过程。我们邀请所有感兴趣的各方贡献他们的专业知识和想法。到目前为止，已有70家公司、大学和研究机构加入。如何将它们适当地整合在一起，管理它们之间的差异并就联合路线图达成一致，是一项令人兴奋的任务。这就需要合理利用有限的资源，创造合适的框架条件。

　　量子科学与工程中心（QSE）也可以成为一个中心锚点。当最终的资金决定作出后，我们几乎可以立即在亚琛数字光子生产研究园区的过渡区域开始工作。如今，北威州量子生态系统中的许多相关参与者已经开始相互交流。我们坚信，量子技术能够也必将为地区的结构变革做出重要贡献。