量子技术已经在医疗保健、环境监测、导航、通信和粒子物理学等领域实现多种具有商业可行性的实际应用。
在洛桑联邦理工学院（EPFL）举行的一场公众开放日活动庆祝量子物理学诞生100周年。
一百年前的1925年，关键性的发展开启了如今被称为量子科学的领域。这些发展包括在科学出版物中首次使用"量子力学"一词，以及埃尔温·薛定谔在瑞士阿罗萨提出的突破性方程。为纪念这一科学革命及其影响，联合国教科文组织已宣布2025年为国际量子科学和技术年。
得益于量子力学，已经取得了具有直接社会影响的惊人进步。早在20世纪早期至中期的第一次量子革命中，量子技术的进步就催生了半导体和光子产业，以及激光、磁共振成像（MRI）和原子钟（GPS）等创新。
当我们踏上第二次量子革命的征程时，科学家们正在解锁对单个光子和原子前所未有的控制能力。通过利用隧穿、叠加和纠缠等非凡现象，量子技术正在传感、模拟、安全通信和计算领域开辟新的前沿。
在洛桑联邦理工学院（EPFL），研究人员正在这些令人兴奋的新领域中的大多数领域开展开创性工作。为了促进EPFL在量子领域的研究、教育和创新之间的联系，量子科学与工程中心（QSE Center）于2021年成立。该中心汇集了来自物理学、计算机科学和工程学的顶尖科学家，致力于开发量子技术，并通过资助、合作伙伴关系和公众参与来支持瑞士的量子未来。
洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学领导力、对教育的承诺和变革性技术使其成为快速发展的量子领域中的关键参与者。随着第二次量子革命的推进，这里进行的工作将推动重大突破并塑造量子科学与技术的未来。
量子无处不在
量子科学与工程中心（QSE Center）执行主任菲利普·卡罗夫（Philippe Caroff）表示："为量子计算构建大量稳健的量子比特（qubits）是出了名的困难，需要时间，但量子系统已经在其他领域，如量子通信和量子传感中实现了实际应用。例如，利用单个原子、光粒子或晶体，我们可以绘制地球和大脑的电磁场。公司已经展示了可用于导航和医学成像的市场成熟产品。"
菲利普·卡罗夫。2025年 洛桑联邦理工学院
糟糕的量子比特造就好传感器
由于量子比特对振动、温度和电磁场高度敏感，因此很难将其构建到大型量子计算机中。然而，这一特性使单个量子比特成为极好的传感器，易于与经典技术集成。因此，量子传感器产品在实际应用中已经与或优于其经典对应产品。
量子气体实验室负责人让-菲利普·布兰图（Jean-Philippe Brantut）表示："在量子传感中，我们取一个量子物体，通常是单个原子，并利用其某些量子特性，如相干性和纠缠性。这些单独的量子系统最终变得非常敏感。"
目前，已经有非常精确的重力仪可用于地质勘探和采矿，以及磁力计可用于GPS信号中断区域的导航，如在战斗区域、水下或高山地区。
心脏监测
这些相同的传感器可用于医学成像，这正是西北瑞士应用科学与艺术大学（Fachhochschule Nordwestschweiz，FHNW）教授、EPFL校友克莱芒·贾韦扎克（Clément Javerzac）作为研究人员及其初创公司MatterDecoder正在研究的方向。
贾韦扎克解释道："我们使用这些传感器来成像心脏的磁场，其强度比地磁场小七个数量级。这有助于诊断冠心病，这是全球死亡的主要原因。"
在冠心病中，冠状动脉被堵塞，心脏无法获得所需的氧气，导致心肌损失，最终引发心脏病。这些量子传感器可以绘制心脏图像并识别异常，从而实现疾病的早期诊断和治疗。
贾韦扎克说："我们将一个包含传感器的小盒子靠近胸部以测量磁场。这只需要几分钟，然后我们就可以将数据提供给医生。这是一种非侵入性方法，不会对患者造成辐射。"
小数据集的大潜力
尽管量子计算的许多最大目标仍然遥不可及，但已经有可通过云访问的量子计算机，任何人都可以使用，包括EPFL的学生。
贾韦扎克表示："2016年，我们EPFL与滑铁卢大学和麻省理工学院一起，成为首批引入IBM Quantum用于教学的大学，这是一种任何人都可以从世界任何地方通过云连接的量子技术，而在几年前，它仅存在于世界最好的实验室中。看到这一演变令人着迷。如今，与几年前相比，你可以访问拥有更多优质量子比特的量子处理单元（QPUs）。"
宇宙之问
让-菲利普·布兰图。2025年 洛桑联邦理工学院
与此同时，布兰图正与合作者一起探索一些重大的基础物理问题，例如黑洞动力学，方法是将它们的物理方程模型映射到一个良好控制和可调节的原子云上。描述其演化的方程将与实际黑洞的方程相似，而实际黑洞由于其极端引力而无法被航天器接近。
布兰图总结道："量子是奇特的。正因为如此，它可以是美妙的，但也持续令人困惑。我们一直在努力将其转化为有用的东西，但对我来说，它仍然处于我们会获得惊喜的阶段。"
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