新加坡南洋理工大学启动量子科学与工程中心

新加坡南洋理工大学 (NTU Singapore) 成立了量子科学与工程中心 (QSec)，旨在开发由量子科学驱动的器件和技术——研究粒子在原子水平上的行为方式。

该中心是新加坡首个此类中心，将利用半导体制造技术进行量子芯片的开发和生产研究。这些芯片构成了量子芯片处理器、网络和传感器等量子器件的支柱。它们在许多领域都有重要的应用，如量子计算、通信、密码学、网络安全和传感器技术等。

该中心旨在为量子工程培训技术人才，将量子科学应用于现实世界，促进和发展新加坡的量子产业。它将与自 2007 年成立的卓越研究中心——量子技术中心 (CQT) 在量子技术研究和工程应用方面进行合作，并寻求建立一个国际平台，与其他海外合作伙伴合作。

教育部长陈振声先生和南洋理工校长Subra Suresh教授见证了QSec的开幕式。

教育部长陈振声先生说：“量子科学、技术和工程在全球范围内吸引了大量投资。新加坡是其潜力的长期投资者，并始终处于该领域的最前沿。2018 年，国家研究基金会启动了一项量子工程计划，目标是建立一个具有竞争力的量子工程研究社区和行业生态系统，将技术转化为现实世界的应用。我们期待着量子科学与工程中心 (QSec) 为新加坡推进量子技术的努力做出贡献，尤其是在量子计算芯片和量子通信的开发方面。”

南洋理工校长Subra Suresh教授说：“量子科学与工程中心（QSec）旨在在多个领域进行开创性研究：量子密钥分发芯片、量子计算、量子和经典神经网络、簇态计算和量子传感。南洋理工对这些领域的关注是我们战略的一部分，即成为发展量子科学技术的关键推动者，以支持新加坡在量子工程方面的努力，造福于工业和社会。"

该尖端研究中心位于南大工程学院，目前的项目包括对量子芯片处理器、量子芯片网络和量子芯片传感器的研究。

中心联合主任、南洋理工电气与电子工程学院的刘爱群教授说：“量子科学与工程中心（QSec）的目标不仅是在支持本地量子产业方面发挥关键作用，而且要在量子技术方面建立起强有力的国际合作，使新加坡受益。"

中心联合主任、新加坡国立大学量子技术中心 (CQT) 的首席研究员Kwek Leong Chuan博士说：“该中心希望通过利用我们在基于芯片器件方面的能力，加强新加坡对量子科学、工程和技术的影响。我们也希望在这个新兴方向上培养和激励更多的工程师和中学生。”

创建基于光的量子芯片

QSec 的主要研究项目之一是开发一种量子计算芯片，该芯片可以使用集成光子芯片进行量子计算，可以由硅晶片等半导体材料制成。

这种量子处理器芯片有望解决经典计算机无法实现的复杂计算。经典计算机依赖二进制单位作为其构建模块，因为所有计算信息都可以简化为 1 或 0。量子处理器不使用此种单位，而是使用量子位或量子比特，它们可以存在于量子状态中，从而同时表示 1 和 0。这使得量子位编码能比二进制位有更多信息。

QSec 研究人员正在探索如何将光子工程——应用、使用和操纵光的科学——用于量子环境中。经典计算机用电在1和0之间拨转二进制开关，然而量子芯片可以使用单个光粒子（光子）来表示量子位。

通过在芯片电路中使用激光器和分束器，研究人员可以将单个光子作为量子位进行操作。这种称为玻色子采样的方法使用光进行量子计算，其性能远远超过超级计算机。创造这样一种可以做到这一点的量子光子芯片将为量子计算机进入主流、现实世界开辟可能性。

这些量子计算机将能够快速解决计算问题和金融建模、运输优化、人工智能和机器学习等不同领域的问题。

使用量子密码学保持通信安全

随着网络攻击变得越来越复杂，黑客工具变得越来越强大，量子密码学提供了一种替代方案，可以保护敏感信息免受未来网络攻击和不可预见的技术进步的影响。

量子密码学最著名的开发应用是量子密钥分发 (QKD)，该方法允许两个远程用户（嵌入在不受信任的网络，如 Internet中）在一个可能拥有无限的计算资源的攻击者面前交换密钥。

通过利用量子信号的敏感性，QKD 芯片可以检测攻击者何时试图窃听通信。作为一系列量子信号传输的密钥会受到干扰，如果攻击者拦截它就会分散，从而失去效用。

QSec 研究人员已成功开发出一种体积小到足以装入笔记本电脑或智能手机等日常设备中的量子通信芯片，从而实现高度安全的加密通信。

QSec 目前还在开发一种复杂版本的 QKD 芯片，称为与测量设备无关的量子密钥分发 (MDI-QKD)，旨在使 QKD 更加安全。MDI-QKD 芯片还将允许多用户量子通信，超越传统 QKD 的双用户应用。

进一步的教育目标

该中心现有教授、研究员、博士生、工程师等30名研究人员。它由教育部 (MOE) 学术研究基金第三级拨款和南洋理工联合资助，该基金支持大影响力的多学科研究项目。

它还为中学生和高中生提供量子技术方面的外展活动，特别是基于芯片的工程和技术，其研究人员还曾为多所学校进行教育讲座。

陈先生说：“我们欢迎该中心在中学和高等教育机构开展的外展活动，这有助于激发我们有抱负的科学家、工程师和研究人员对该领域的兴趣。”

QSec标志着南洋理工大学2025年战略计划的一个重要篇章，因为该大学正在扩大和丰富其创新研究和研究生教育课程。QSec 在量子工程方面的高水平研究将转化为创新的解决方案和技术，通过合作伙伴关系造福行业和社会。

学术研究、创新和企业支柱，使该中心与新加坡的研究、创新和企业2025 (RIE2025)计划保持一致。

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