芝加哥大学学生在量子实验室获得实践经验

遇见爱丽丝和鲍勃

Weary的“啊哈”时刻出现在她创建量子随机数生成器时。

当然，她在学习中学到了量子密码学。她已经上过关于如何使用随机生成的数字来生成从甲方到乙方的不可破解、不可破解的信息的课程——从爱丽丝到鲍勃，用密码学的速记。她知道如何利用单光子的量子方面来生成真正的随机数。

从理论上讲，她知道这一切。

“你听说过爱丽丝和鲍勃，但你从未见过爱丽丝和鲍勃，”韦里说。

当Weary和她的实验室伙伴自己做这件事时，情况发生了变化，他们创造了光子量子比特，然后他们用它来来回发送加密信息。它咔哒一声。

“我们正在用我过去三年来学到的所有数学来做事，”她说。

Weary的一位同学，四年级的Addison NewRingeisen，分子工程和经济学双学位，分享了这个奇迹。

“这是白天和黑夜。真正看到一些东西，用你的双手建造，传递你自己的信息，这与在理论背景下学习它有很大不同，“NewRingeisen说。“我不认为它会完全点击，直到你有机会用你的手看到它在现实生活中发生。”

这正是课程的意图。

把各个部分放在一起

“你必须找到合适的部分 – 和合适的人 – 将这样的东西放在一起，”Aashish Clerk教授说，他将这门课程设想为芝加哥大学本科生新量子轨道的一部分。“我们没有模板，但我们知道我们有机会在 PME 构建一些全新且创新的东西。”

六年前，当High加入PME时，他的任务是帮助设计量子轨道的本科课程。实验课程是一个长期但至关重要的目标。几年后，当Bernien加入PME时，High找到了一个“志同道合”的合作伙伴来设计实验并开发实验室空间。

他们组织的空间和尖端硬件还用于创新的 PME 教育推广计划，例如为期一周的高中项目 Quantum Quickstart 和 TeachQuantum，该计划培训芝加哥南区高中的教师如何教自己的学生关于量子概念和技术的知识。

但本科生的课程仍然是一个主要目标。High 和 Bernien 需要找一位老师。

“我们很幸运，我们找到了丹尼尔·卡瓦佐斯（Danyel Cavazos），他在实验方面非常出色，但也非常擅长教学，”伯尼恩说。“Danyel 对材料充满热情，并将这种热情传达给学生。”

扩大产品组合

该课程目前为学生提供了在三种不同的最先进的量子工程平台上发展实践经验的机会：纠缠光子、超冷原子和氮空位中心。

“我们正在为学生提供各种不同系统的经验，”Bernien 说。

在最初的三周里，纠缠的光子源教授了制造光子量子比特、违反贝尔不等式和发送量子安全消息的基础知识。磁光阱和发光的云层让Lin着迷，他讲述了激光冷却的知识。在第三个实验区块中，学生通过使用具有自旋缺陷的金刚石来检测磁场来学习量子传感。

这些都反映了PME教师所做的前沿研究。

“未来的想法是继续扩大我们拥有的实验组合，”卡瓦佐斯说。“我们希望继续利用主要研究人员在PME领导的不同研究项目，然后将它们纳入这门课。

这门课程让学生大开眼界。Weary将她的研究转向量子。Lin目前是PME教授Allison Squires实验室的本科研究员。NewRingeisen希望将这种经验带入行业，首先利用他在分子工程和经济学的双学位进入研究生院，然后进入创业界。

NewRingeisen说：“作为本科生，PME在量子研究方面的这段经历使我在申请过程中具有优势，也是一堂很好的高潮课程，可以将我在过去三年中学到的所有概念结合在一起。

——改编自普利兹克分子工程学院首次发表的一篇文章。