作为英国牛津大学的博士后，米雷拉·科列娃（Mirella Koleva）在晚上和周末开发了一个模型，该模型可以准确预测量子水平上的光物质相互作用。
当很明显该模型有效并且可能对模拟量子光子器件具有跨行业价值时，Koleva 离开了学术界，成立了一家名为 Quantopticon 的企业，并获得了英国政府的启动资助。
但事实证明，寻找额外的资金很困难。为了继续发展业务，她将目光投向了大西洋彼岸的伊利诺伊州。2021 年，该公司被 Duality 接纳，这是美国第一家专门支持专注于量子技术的初创公司的加速器，该领域有望通过利用自然界最微小粒子的特性来推动多个行业的革命性进步。
这不是一次短暂的池塘之旅。两年后，科列娃仍然住在芝加哥，公司正在将总部迁至这里。
“芝加哥是美国首屈一指的量子中心，”她说。 “这是我们许多目标客户的所在地，并且有更多的参与者参与生态系统想要合作。所以，我们绝对想在这里有一个办公室。
Koleva的故事是量子信息科学与工程界许多人的典范。教授、研究人员、创业公司创始人和学生正在寻找通往中西部走廊的路，而不是从威斯康星州麦迪逊到芝加哥，再到伊利诺伊州的厄巴纳-香槟，成为不断增长的量子生态系统的一部分，有些人称之为量子草原。
这是一个建立在QISE研究领域一些世界领导者的机构基础上的生态系统 – 包括芝加哥量子交易所成员芝加哥大学，美国能源部阿贡国家实验室，美国能源部费米国家加速器实验室，伊利诺伊大学厄巴纳 – 香槟分校，威斯康星大学麦迪逊分校和西北大学 – 并得到数亿美元的政府和企业投资的支持， 支持业务增长以及深入的本地和国际合作伙伴关系，不仅旨在推进量子科学和技术，还旨在建立强大的量子劳动力并推动量子经济。
该地区是 2018 年《国家量子倡议法案》资金的主要接受者，为建设该法案的 10 个量子科学研究中心和研究所中的 4 个带来了 2.8 亿美元：Q-NEXT 和超导量子材料与系统中心，均由美国能源部资助，以及量子飞跃挑战研究所，用于生物物理学和生物工程的量子传感以及混合量子架构和网络， 由美国国家科学基金会资助。
大笔投资
伊利诺伊州已投资2亿美元用于该地区的新量子设施，今年5月，在日本举行的G7峰会上，芝加哥大学、东京大学、IBM和谷歌宣布建立合作伙伴关系，以促进劳动力发展和量子计算，其中包括IBM的1亿美元支持和谷歌的5000万美元支持。
与联合王国的国际伙伴关系也有助于该区域的实力，包括SQMS与联合王国国家物理实验室和伦敦大学皇家霍洛威学院之间的伙伴关系;与日本其他机构的合作，包括芝加哥大学和东北大学最近达成的协议;CQE与以色列，澳大利亚，荷兰的机构之间的伙伴关系。
芝加哥都会区的经济是全美最多样化的地区之一，没有一个部门占整个区域经济的 13% 以上——考虑到量子影响多个行业的潜力，这是一个优势。根据芝加哥世界商业发布的一份报告：
- 包括伊利诺伊州厄巴纳-香槟和威斯康星州麦迪逊在内的更广泛的芝加哥地区是提供未来量子劳动力的最佳地区之一：芝加哥量子交易所成员大学在量子相关博士毕业生数量方面排名全国第二，该地区从事量子研究活动的大学数量排名第三。
- 自 2017 年以来，伊利诺伊州的量子初创公司通过 27 笔交易筹集了 3320 万美元——这是仅次于加利福尼亚的量子初创公司交易数量的第二高。
- 芝加哥都会区的高科技产业有望在 2022 年至 2026 年间增长 15%。
124英里量子网络
此外，该生态系统由全国最长的 124 英里量子网络之一锚定，还包括经济和劳动力发展非营利组织;伊利诺伊大学芝加哥分校和芝加哥州立大学等学术机构，都是QISE教育的领导者少数族裔服务机构;以及越来越多的量子企业和初创公司，他们都致力于将该地区从量子强国转变为国家量子经济的核心。
CQE促进这些机构之间的互动 – 包括其六个成员，40多个企业和非营利合作伙伴以及量子生态系统的其他成员 – 位于芝加哥大学普利兹克分子工程学院，这是美国第一所致力于新兴分子工程领域的学校。
量子计算初创公司EeroQ的首席执行官尼克·法里纳（Nick Farina）说：“在一个强大而令人兴奋的城市中，没有其他地方拥有如此紧密的机构和深厚的人才，拥有合理的生活成本，”量子计算初创公司EeroQ的首席执行官尼克·法里纳（Nick Farina）说，该公司于2022年将其总部迁至芝加哥洪堡公园附近。
今年夏天，我们与六位冉冉升起的领导者——创始人、科学家和一名本科生——进行了交谈，他们来到该地区不仅是为了它的量子基础，也是为了包容性的机会、强大的合作以及深入的商业和创业支持，这些都有助于创造其量子未来。他们的个人故事提供了对推动其增长的人员、计划和合作伙伴关系的见解。
为量子劳动力创造包容性机会
托马斯·塞尔斯（Thomas Searles）从未想过自己会成为芝加哥的量子科学家。在佐治亚州长大，他想成为一名宇航员。但是当他就读于亚特兰大的莫尔豪斯学院（Morehouse College）时，他是该国黑人物理学家的顶级生产者之一，他被介绍给量子力学，并在莱斯大学的研究生院研究光如何与量子材料相互作用。
在成为霍华德大学的助理教授后，塞尔斯与他的导师，伊利诺伊大学芝加哥分校教授耶利米·阿比亚德（Jeremiah Abiade）取得了联系，后者询问他是否愿意搬到芝加哥。塞尔斯不确定，但在 2020 年进行了几次 Zoom 通话后，他对进入阿贡和费米实验室以及国家量子研究中心感到好奇。
“我五月份来到芝加哥，看不见，”他说。“我不得不买一件外套。但后来我把我的整个研究小组和家人搬到了这里。我希望被芝加哥的量子社区所接受，并为我的学生找到机会，这远远超出了我的预期。
现在，作为UIC的教授，他正在继续研究量子材料，计算和网络。 8月22日，UIC宣布Searles将领导一个新的国家联盟，旨在通过一项为期三年的480万美元美国能源部奖来教育下一代量子工程师。ReACT-QISE联盟由DOE RENEW倡议资助，由UIC领导，将包括七所历史悠久的黑人学院和大学，西班牙裔服务机构和主要为女学生服务的机构。
塞尔斯还与阿贡和费米拉布合作;隶属于伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校伊利诺伊量子信息科学与技术中心;并通过CQE为包括UIUC在内的成员机构提供的扩展访问，以及通过UIC参与布鲁克海文国家实验室量子优势协同设计中心（Searles带头）使用IBM的量子计算系统。 他还希望连接到该地区的量子网络。
“但我的主要目标是改变年轻人的生活，”他说。“我想创造一个空间，让学生可以自由思考，有一个安全的学习环境，并参与芝加哥的量子生态系统。
他说，在这个城市，他的学生每周可以参加三到四个量子活动。靠近国家实验室也为他们提供了更多的研究和接触机会，特别是对于没有旅行能力的学生。
“芝加哥是世界上量子的最佳地点，”他说。“它是量子信息社区的中心。拥有这种量子生态系统的蓝图非常重要。作为一个来自南方的黑人，有机会住在一个大城市，做这种类型的科学——如果我能在芝加哥成功，任何人都可以。
由多学科合作推动的社区
作为纽约皇后区的一名高中生，詹妮弗·蔡（Jennifer Choy）对科学的兴趣是在生物课上激发的。但作为麻省理工学院的第一代大学生，蔡发现自己被量子信息科学所吸引。她既喜欢量子力学的非直觉方面，也喜欢该领域的多学科性质。在哈佛大学获得博士学位后，她在工业界工作了五年，然后于 2019 年被聘为威斯康星大学麦迪逊分校的教员。
正是在中西部，她发现了一个量子社区。
“威斯康星大学麦迪逊分校在量子方面有着悠久的历史，拥有不断发展的量子科学研究社区，并且是美国第一个量子计算硕士项目的所在地，”她说。
现在，随着她开发基于中性原子和固态量子发射器的高性能、超精密量子传感器，她加入了中西部的几个多学科合作，包括HQAN和Q-NEXT。
“多亏了威斯康星州和伊利诺伊州拥有强大而多样化的量子研究项目的大学和国家实验室集群，我能够成为由国家量子计划启动的位于中西部的大型研究中心的一部分，”她说。“最终我很幸运能来到这里。这是一个非常支持和协作的生态系统。
自 2023 年以来，Choy 一直在帮助领导 HQAN 的教育、外展和劳动力发展计划，包括威斯康星大学麦迪逊分校的量子物理学奇迹外展计划，该计划提供科学营和动手量子展览，让观众参与量子科学。其他举措包括TeachQuantum，这是为威斯康星州和芝加哥的高中教师提供的为期六周的年度暑期研究体验，让他们沉浸在现实世界的量子研究环境中，并为他们在课堂上教授以量子为中心的STEM概念做好准备。
“量子科学是一个通常在大学里以高级水平教授的领域，”她说。“有一些基本原则可以更早地引入，这样做可以让学生尽早对该领域感兴趣，并为更广泛的受众提供基本概念，使他们能够更好地理解和辨别与量子相关的新闻和媒体。
让学生对量子研究和工业的可能性感到兴奋变得越来越重要，因为专家预测该领域的劳动力短缺。一个充满新机会的新兴领域也为招募多元化的学生群体奠定了基础。
“我们希望找到能够帮助继续发展这一领域的有才华的学生，”她说。“鉴于这里丰富的研究基础设施和机会，中西部是开始和继续旅程的好地方。
不需要硅谷
当Pranav Gokhale在华盛顿特区郊区长大时，附近国家标准与技术研究所的科学家访问了他的学校，演示物理概念，例如使用太阳镜演示光的偏振。 戈卡莱印象深刻，以至于在中学时，他一遍又一遍地打电话给NIST的科学家， 要求他们实习。他终于打了足够多的电话，让他们屈服了。
在NIST工作，他从事量子密码学和离子阱的研究。对量子技术的兴奋使他主修计算机科学和物理学，并在本科时进行量子研究。但毕业后，他前往硅谷，渴望成为创业界的一员。
不过，很快，他就感受到了量子的吸引力，并参加了芝加哥大学的博士课程，与量子软件领导者Fred Chong合作，他是计算机科学系西摩古德曼计算机架构教授。
“我进入研究生院的心态是，我想在人工智能和量子的交叉点上将深度技术创新商业化，”他说。他加入了芝加哥大学波尔斯基中心的乔治·舒尔茨创新基金计划，在那里他对大学初创企业进行了尽职调查。与此同时，他和Chong为量子计算系统开发了一种基于机器学习的新软件方法，Gokhale开始考虑如何将其商业化。
“我已经想到了这样一幅画面，我会在芝加哥大学做研究生工作，然后回去硅谷创办一家公司，”他说。“但到了2019年，我对此的看法完全发生了翻转。很明显，芝加哥是我们公司的正确选择。这里有如此多的人才，当地行业对金融、能源和物流也非常感兴趣。像阿贡这样的国家实验室的强大作用是锦上添花。
两人于 2020 年合并 Super.tech，并被阿贡的连锁反应创新两年奖学金计划录取。然后，在 2021 年，他们被接纳进入为期 12 个月的芝加哥二元性加速器，该加速器由芝加哥大学波尔斯基创业与创新中心和 CQE 以及创始合作伙伴 UIUC、阿贡和 P33 领导，P33 是一个致力于将芝加哥转变为一级技术和创新中心的非营利组织。
Duality在前两批中接待了11家初创公司，并在今年夏天迎来了四家进入第三批，为 Super.tech 和其他初创公司提供创业培训，商业专业知识，行业指导，资金和世界一流的设施。 那年夏天，Super.tech 从隐身状态中脱颖而出，开始向想要一个可以深度集成到量子计算硬件中的软件系统的公司和研究实验室出售他们的软件堆栈。
他们很快发现，芝加哥“是少数几个董事会层面的C级高管积极讨论大多数量子的城市之一，”戈卡莱说。“芝加哥对量子的关注程度非常高。
Super.tech 开始与量子技术公司Infleqtion（前身为ColdQuanta）合作，该公司于2022年收购了 Super.tech。Infleqtion目前在中西部地区设有两个办事处，一个在麦迪逊，一个在芝加哥，因此它可以接触到该地区深厚的人才库和世界一流的研究人员。 Infleqtion去年筹集了1.1亿美元的B轮融资，并正在为其中西部业务投入大量资源。
寻找通往量子的路径
在德克萨斯州南部长大的阿德里安·波塔莱斯（Adrian Portales）被科学所吸引，尤其是研究的实验性质。在德克萨斯大学里奥格兰德河谷分校上大学期间，他主修机械工程，并在全国各地寻求各种研究经验。他很快发现自己在国家实验室和大学从事纳米技术、可再生能源、微生物学、流体动力学和电力电子学方面的工作，这些不拘一格的主题满足了他对学习科学和工程潜在应用的贪婪胃口。
随着量子科学这一新兴领域的兴起，波塔莱斯很快就被其改变世界的潜力所吸引。
“在量子领域绝对是一个激动人心的时刻，”他说。“在某种程度上，它融合了我工作过的所有不同领域，但以一种全新而有趣的方式。
2022 年，Portales 成为开放量子计划本科生奖学金的首届队列的一员，该奖学金为学生提供在量子科学实验室和 CQE 附属机构的研究小组工作的暑期研究经验。
不久，他在芝加哥地区与阿贡物理科学与工程高级科学家/高级顾问、芝加哥大学普利兹克分子工程学院教授Supratik Guha一起为阿贡国家实验室的量子网络构建可扩展的硬件。
“被世界上最聪明的人和最伟大的用户设施所包围，确实是一次变革和难忘的经历，”他说。
那年夏天，他遇到了另外11名来到中西部从事量子研究的OQI研究员。在接下来的一年里，他与几位成员保持联系，建立了他认为将持续到他职业生涯的关系。Portales还体验到了学术界，工业界和国家实验室之间的合作伙伴关系对于推进该领域的重要性，特别是在量子网络方面，这是他目前正在追求的领域。
“量子网络的大部分进展都发生在芝加哥地区，如果我想成为其中的一部分 – 我做到了 – 我知道我需要在这里，”他说。
今年秋天，波塔莱斯将前往哈佛大学继续开展量子科学研究，并计划最终获得该领域的博士学位。
招聘人才的最佳场所
2011年，将EeroQ搬到芝加哥的企业家法里纳（Farina）遇到了物理学家约翰内斯·波拉宁（Johannes Pollanen），他们很快就成为了朋友。当时，Farina是软件初创公司JetZet的联合创始人兼首席执行官，Pollanen是西北大学的物理学研究生。
他们原本没有计划合作，但几年后，在Farina共同创立并出售了另一家软件初创公司后，他在密歇根州立大学担任教授的新职位上拜访了Pollanen。
Pollanen在加州理工学院的博士后期间对量子计算产生了兴趣，并认为氦上的电子 – 由贝尔实验室的Phil Platzman和MSU的Mark Dykman于1999年首次提出，并于2003年由普林斯顿大学教授Steve Lyon扩展，现在是EeroQ的首席技术官 – 可能是量子计算的获胜黑马候选人。Farina也是天使投资人，她看到了机会。
“我认识到Johannes用来构建量子处理器的方法具有实现可扩展性的巨大潜力，这是商业可行性道路上的主要障碍，而且没有其他公司这样做，”Farina说。“我还看到了量子计算的力量如何以一种难得的机会改变世界。
他们一起推出了EeroQ，Farina招募了投资者来赞助这项研究。在接下来的五年里，Pollanen继续优化技术。2022 年，是时候获得风险投资资金并开设实体总部了。该团队进行了搜索，分析了全球的潜在位置。
他们降落在芝加哥。
去年，在波士顿咨询集团的战略风险投资合伙人B Capital牵头的一轮融资中筹集了725万美元后，Farina开始努力扩大员工队伍。他认为雇用他们需要的八名员工需要六个月的时间。
他们在一个月内填补了这些职位。
7月，该公司宣布了Wonder Lake的细节，这是一个可扩展的量子架构系统，它使用液氦上的电子最终在一个芯片上支持2，432个量子位，由标准芯片代工厂生产 – 这是朝着构建量子计算机迈出的一步。
“我们希望建造最好的量子计算机，并且符合道德规范，”Farina说，随着量子技术的发展，他一直是采用道德准则的主要声音。“而芝加哥就是这样做的地方。
开放的生态系统
Quantopticon的联合创始人Koleva从未想过会在量子信息科学领域工作。她在伦敦帝国理工学院主修物理学，喜欢她的量子力学课程——为数不多的由女性教授的物理课程之一——但在研究生院，她追求蛋白质信号复合物的超分辨率成像。
“我学到了很多技能，从不同的科学领域获得了这么多知识，并学会了与来自不同背景的科学家进行有效沟通，”她说。“但后来我认为成像技术已经走到了尽头。
她的母亲，物理学家盖比·斯拉夫切娃（Gaby Slavcheva）一直在研究一个模型，在纳米尺度上描述光与物质之间的相互作用，同时考虑到量子效应。但她很难将模型推广到不同的能量水平。喜欢编码的 Koleva 接受了挑战，晚上和周末都在工作以使其发挥作用。
该模型非常成功，以至于他们成立了一家名为Quantopticon的公司，将其商业化为一个名为Quantillion的软件包。Quantillion模拟量子光子器件，专门模拟固态量子系统。有了它，公司和研究人员可以设计自己的量子设备，从而在设计周期的优化步骤中为硬件工程师节省时间和金钱。
来自Innovate UK的资助让他们起步，但正是在Duality中，Koleva找到了她将公司提升到新水平所需的支持生态系统。Quantopticon 是包括 Super.tech 在内的六家初创公司之一，它们构成了 2021 年开拓加速器的第一批;这是一个科列娃称之为“例外”的团体。
“即使是现在，我们也借鉴彼此的经验，并充当彼此的资源，”她说。
Quantopticon在芝加哥设有办事处，并计划将其总部迁至芝加哥，现已雇用具有量子光学和计算技能的当地员工，并希望扩大其员工基础，因为它努力最终为量子光子学铸造厂开发工艺设计套件。
“芝加哥的生态系统非常开放和好奇，”她说。“在欧洲，对初创企业的怀疑和恐惧要多得多，合作的意愿要少得多。我们想留在芝加哥。
——改编自芝加哥量子交易所网站上的一篇报道。
文章旨在传播有益信息，英文版原文来自https://news.uchicago.edu/story/rising-leaders-quantum-prairie