Table of Contents
הגבול החדש: כיצד חומרים קוונטיים מעצבים מחדש את הקריירה של הנדסה
חומרים קוונטיים מייצגים את אחד האזורים המרגשים והמשתנים ביותר של מדע מודרני והנדסה.חומרים אלה מציגים תכונות אשר מופיעים ישירות ממכניקת הקוונטים - מוליכות, הגנה טופולוגית, סבך קוונטי, ומדינות מגנטיות אקזוטיות.כפי מחקר מאיץ ויישומים מוקדמים מתחילים להופיע, ההשלכות על קריירות הנדסיות הם עמוקים.
Defining Quantum Materials
חומרים קוונטיים הם גבישי או חומרים מהונדסים שבו השפעות מכניות קוונטיות לא ניתן להתעלם מהם - הם שולטים בהתנהגות אלקטרונית, מגנטית אופטית של החומר.בניגוד לחומרים קונבנציונליים שבהם הפיזיקה הקלאסית מספקת תיאור הולם, חומרים קוונטיים מארחים תופעות כגון מתאם אלקטרוני, סדר טופולוגי, ומאקרוסקופ קוונטי קוהרנטיות קוונטית.
דוגמאות בולטות כוללות מוליכות סופר-טמפרטורה גבוהה אשר מנהלים חשמל ללא התנגדות בטמפרטורות הרבה מעל אפס מוחלט, אינסולולוגי העליון כי לבצע חשמל רק לאורך פני השטח שלהם תוך מתנהג כמו אינסולטורים בפח שלהם, ונוזלים קוונטיים ספינים שבו רגעים מגנטיים נשארים במצב של תנודות קבוע אפילו בטמפרטורות נמוכות מאוד.
המחקר של חומרים קוונטיים הוא תחומי מטבעו, ציור על פיזיקה החומרית, חומרים מדע, כימיה, ויותר ויותר, הנדסה. כמו חוקרים לחשוף שלבים חדשים של החומר ולפתח שיטות כדי לסנתז ולייצב את החומרים האלה, הפוטנציאל ליישומים מעשיים ממשיך להתרחב.
הפיזיקה שמאפשרת נכסים יוצאי דופן
מוטציות אלקטרון
בחומרים קוונטיים רבים, אלקטרונים אינטראקציה חזק אחד עם השני, ואת ההתנהגות שלהם לא יכול להיות מובן על ידי בהתחשב כל אלקטרון עצמאי. מתאם אלקטרוני זה מעלה תופעות כגון בידוד מוט, שבו חומר כי תורת הלהקה קונבנציונלית צופה צריך להיות מתכת למעשה מתנהג כמו אינסולטור, ו מוליכות סופר-טמפרטורה גבוהה, שבו זוגות אלקטרונים צורה ו condense לתוך קוהרנטי קוונטית קוונטית כי תומך אובדן מצב הנוכחי.
סדר טופולוגי
שלבים טופולוגיים של החומר מייצגים שינוי פרדיגמטי באופן שבו אנו מסווגים חומרים.במקום להתמקד בסימטריה שוברת, סדר טופולוגי מוגדר על ידי תכונות גלובליות, לא-מקומיות חזקות נגד הפרעות מקומיות. a topological insulator, למשל, יש מבנה אלקטרוני גדול כי הוא insulating, אבל על פני השטח שלה מנהלים מדינות מוגנים על ידי הפרעות זמן רב-יתר.
קוהרנטיות קוונטיות ו Entanglement
בלב תופעות לוואי קוונטיות רבות הוא היכולת של מדינות קוונטיות לשמור על קוהרנטיות על מרחקים מקרוסקופיים.במוליכים על-ידי, אלקטרונים יוצרים זוגות קופר אשר מסובכים מעל קשקשים של מאות ננומטרים. בנוזלים קוונטיים, הסתבכות מתפשטת לאורך כל המערכת, נותן סטיות מתפוררות כי אם הם נושאים רק שבריר של טכנולוגיות קוונטיות או הבנה זה.
כיתות עיקריות של חומרים קוונטיים
סופר-מוליכים מתח גבוה
התגלה ב-1986 בקרמיקה נחושת-חמצני, סופר-מוליכים בטמפרטורה גבוהה ממשיכים לאתגר את ההבנה התיאורטית ומושך עניין מחקר אינטנסיבי.חומרים אלה מוליכים על טמפרטורות גבוהות כמו 130 Kelvin תחת לחץ מסובך, וגבוהים יותר תחת לחץ.הם כבר בשימוש ביישומים נישה כגון מגנטים על מוליכים סופר עבור מכונות MRI ו מאיצים חלקיקים, אבל אימוץ נרחב היה מוגבל על ידי ייצור ועלות של תגליות עכשוויות עשוי להיות מסוגלות על ידי ניקליביות.
אינסטלטורים טופולוגיים
אינפורמטיקה טופולוגי כגון bismuth סלנל (Bi2Se3) ו דו-סמוט אומראוריד (Bi2Te3) יש insulating פנים אבל ביצוע משטחים.מדינות פני השטח הם ספינ-קוטב, כלומר הכיוון של ספין אלקטרוני נעול לכיוון של תנועה.
שני חומרים
Graphene, החומר הדו-ממדי הראשון מבודד בשנת 2004, פתח את הדלת למשפחה שלמה של גבישים דקים אטומיים.חומרים אלה מציגים תכונות אלקטרוניות, אופטיות ומכניות יוצאי דופן. Transition מתכת dichalcogenides כגון deulfide molybdenum (MoS2) יש פערי טונה שהופכים אותם מתאימים טרנזירים ו photodetectors.
המונחים: ספין
נוזל ספינים קוונטיים הם מצבים מגנטיים אקזוטיים שבו רגעים מגנטיים נשארים מהפרעה אפילו באפס מוחלט בשל תנודות קוונטיות.הם מארחים ציטוטים מפורשים בשם ספינים, אשר נושאים ספין אבל עדיין לא מטען. בעוד עדיין נושא של מחקר בסיסי, נוזל ספינום קוונטי מציעים פלטפורמה פוטנציאלית עבור חישוב קוונטי טופולוגי כי מדינות הקרקע שלהם יכול לקוד מידע באופן מוגן מפני decoherence מקומי.
השפעה על הנדסה משמעת
התכונות הייחודיות של חומרי הקוונטים מתחילות להשפיע על מגוון רחב של שדות הנדסה.בעוד שהמסחר הנרחב נשאר בעתיד, קצב ההתקדמות הוא מאיץ, ומהנדסים שיכולים לגשר על הפער בין מדע בסיסי וטכנולוגיה מעשית יהיו ביקוש גבוה.
אלקטרוניקה ומחשוב
אולי ההשפעה הגלויה ביותר של חומרים קוונטיים היא מחשוב.מחשבים קוונטיים, המנצלים סופרפוזיציה וסבך לביצוע חישובים שאינם יציבים עבור מכונות קלאסיות, דורשים נקודות פיזיות שניתן לסווגן, לשלוט, ולקרוא עם נאמנות גבוהה.על מוליכים חומרים כגון niobium ואלומיניום, הם כיום הפלטפורמה המובילה, עם 1,000 מערכות מוליכים למחצה, מניעת תיקון נרחב, מניעת תקלות על בסיס מוליכים למחצה, הגנה מפני מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, המבוססים על בסיס מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים חומרים כגון חומרים כגון חומרים כגון חומרים כגון חומרים כגון חומרים כגון חומרים כגון חומרים כגון מוליכים למחצה, הם כיום מוליכים למחצה, מוליכים מוליכים מוליכים למחצה, מוליכים למחצה, מוליכים למחצה,
מעבר למיחשוב, חומרים קוונטיים מאפשרים סוגים חדשים של חיישנים עם רגישות חסרת תקדים. מרכזי ניטרוגן-vacancy ביהלומים, למשל, יכולים לזהות שדות מגנטיים ב nanoscale, עם יישומים הדמיה רפואית, חומרים הדמיה, וניווט.על מוליכים מכשירים התערבות קוונטית (SQUIDs) נשארים הממגנטים הרגישים ביותר זמינים ומשמשים בגיאופיזיקה, ארכיאולוגיה, ומדעי המוח.
אנרגיה וכוח
העברת חשמל ללא הפסד באמצעות כבלים על מוליכים על-טבעי יכול לחולל מהפכה ברשת החשמל, צמצום ההפסדים שמהווים כיום 5 עד 10% של חשמל שנוצר. טייפים על-טבעיים כבר פרוסים בפרויקטים של חלוקת חשמל עירונית, ועבור מגבילים הנוכחיים המזיקים כי הגנה על ציוד רשת.חומרים קוונטיים גם ממלא תפקיד באחסון אנרגיה מתקדם: אחסון אנרגיה מגנטית על-על (SM) מערכות יכולות לאחסן ושחרור אנרגיה עם תגובה מהירה מאוד, בזמנים אידיאליים.
חומרים אנדרומואלקטריים, אשר להמיר ⁇ טמפרטורה לתוך מתח חשמלי, יכול לקצור חום פסולת מתהליכים תעשייתיים וחומרים צמחיים.חומרים טופולוגיים הוכח לאחרונה כדי להציג ביצועים משופרים תרמואלקטריים, וחומרים קוונטיים ממונדסים עשויים להוביל התקנים קירור יעיל יותר של מדינת מוצק גם כן.
תקשורת ורשתות קוונטיות
תקשורת בטוחה היא אחת היישומים המבטיחים ביותר לטווח קצר של טכנולוגיית הקוונטים.הפצה של מפתח קוונטית (QKD) משתמשת בעקרונות מכניקת הקוונטים כדי ליצור מפתחות הצפנה מאובטחים באופן סביר נגד מקורות וגלגים בודדים, לעתים קרובות בהתבסס על דואטים קוונטיים או מרכזי פגם ביהלומים, הם מרכיבים חיוניים.
חומרים קוונטיים גם לשחק תפקיד בתקשורת קלאסית: photodetectors גרפן לפעול במהירויות גבוהות על פני טווח אורך גל רחב, ומודולטורים המבוססים על חומרים 2D ניתן לשלב עם photonics כדי לשפר רוחב פס ולהפחית צריכת חשמל.
ייצור וחומרים עיבוד
חומרים קוונטיים מסינתזה במעבדה לייצור מסחרי מציג אתגרים הנדסיים משמעותיים. ⁇ כימית (CVD) משמש לגדול גרפן גדול וחומרי 2D אחרים, אבל השגת אחידות ובקרת פגם הכרחי נותרה קשה. Molecular beamtaxy (MBE) מספק שליטה ברמת אטומית עבור גדל מבנים דקים וסרטים של טופולוגיים העליון בפסים יקרים, אך ורק באמצעות ציוד superputeric הוא מוגבל.
מהנדסים הפועלים בייצור מתקדם מפתחים עיבוד רול-טו-גלגל עבור חומרים 2D, שיפור טכניקות צמיחה גבישי עבור חומרים קוונטיים גדולים, וחוקרים שיטות ייצור תוספת ליצירת תרכובות חומר קוונטית. בקרת איכות ואופיון בקנה מידה אטומי דורש מיקרוסקופיסקופית מתקדמת, סריקה טכניקות בדיקה, וספקטרוסקופיה אופטית.
הנדסה ביולוגית
חומרים קוונטיים הם מציאת יישומים בדמיית ביו-רפואית וטיפול. dots קוונטית, nanocrystals למחצה עם אורכי גל פליטה בגודל בלתי ניתן לזיהוי, משמשים כמו תוויות פלורסנט עבור הדמיה סלולרית ואבחון. הבהירות שלהם ותמונות על צבעים אורגניים קונבנציונליים. in מגנטית הדמיה (MRI), ניגודים המבוססים על חלקיקים עם תכונות מהנדס יכול גם לשפר את רמות האבחון של תאים מולקולריים של מחקר מולקולרית.
אפשרויות קריירה מתפתחות ב- Quantum Materials
המערכת האקולוגית הגוברת סביב חומרים קוונטיים יוצרת הזדמנויות קריירה מגוונות עבור מהנדסים בכל רמות החינוך, החל מתפקידים טכנאיים לעמדות מחקר ברמה PhD.תפקידים אלה משתרעים על האקדמיה, מעבדות לאומיות, סטארט-אפ וחברות טכנולוגיה מבוססות.
מדען מחקר באקדמיה או במעבדות לאומיות
אוניברסיטאות ומוסדות מחקר ממשלתיים נותרו הנהגים העיקריים של ידע בסיסי בחומרים קוונטיים.מיקומים דורשים בדרך כלל דוקטורט בפיזיקה, חומרים מדע, או משמעת הנדסית קשורה.מחקר מדענים עיצוב ועריכת ניסויים כדי לגלות חומרים חדשים, לאפיין את המאפיינים שלהם, ולהבין את הפיזיקה הבסיסית.הם כותבים הצעות, סטודנטים, ופרסום תוצאות בכתבי עת מצופים עמיתים.
מהנדס התקן הקוונטי בתעשייה
חברות כגון IBM, Google, Microsoft, Intel, וסטארט-אפים רבים מפתחים באופן פעיל מחשבים קוונטיים וחיישנים קוונטיים.מהנדסי התקן עיצוב, ייצור ו-qubits ורכיבים קוונטיים אחרים.העבודה הזו כוללת לעתים קרובות ייצור נקי, מדידת Cryogenic, ושילוב עם אלקטרוניקה בקרה קלאסית. ניסיון עם ננופאבריפול, הנדסה מיקרוגל, ופיזיקה דלת-טמפרטורה נמוכה הוא מוערך מאוד.
חומרים סינתזה מהנדס
הפחתת חומרים קוונטיים באיכות גבוהה בקנה מידה הוא צוואר בקבוק קריטי.חומרים סינתז להתמקד על צמיחה גבישית, פענוח סרט דק, עיבוד כימי. הם אופטימיזציה מתכונים, מאפיין איכות גבישית, ולעבוד כדי לחסל פגמים כי degrad ביצועים קוונטיים.מומחיות בטכניקות כגון CVD, MBE, הדופק של פירוק לייזר, וצמיחה פלוקס היא חיוני אלה קיימות הן הגדרות מחקר וספקות קוונטיות כדי חומרים מכניים.
תוכנה קוונטית ומהנדס Algorithm
בעוד לא עובד ישירות עם חומרים קוונטיים, מהנדסי תוכנה שמפתחים אלגוריתמים קוונטיים ופרוטוקולים לתיקון שגיאות הם הכרחיים לעשות מחשב קוונטי שימושי.הם עובדים עם קבוצות חומרה כדי להבין התנהגות של qubit ורצף בקרת עיצוב הממקסמים את הביצועים.הידע עם תורת מידע קוונטית, אלגברה ליניארית, ושפות תכנות כגון Python וצ'יסקיט נדרש כמה תפקידים להתמקד בפיתוח סימולטורים כי מודל קוונטי, אשר דורשות מדויק מודלים של חומרים.
מהנדס המטרופולין והמעבדה
הבנה ואמת התכונות של חומרים קוונטיים דורשות טכניקות מדידה מתוחכמות.מהנדסי סיווג משתמשים בכלים כגון סריקת מיקרוסקופיה מנהרה (STM), מיקרוסקופיה כוח אטומי (AFM), העברת מיקרוסקופיה אלקטרונים (TEM), זווית-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), ומדידות תחבורה כדי לחקור מבנה אלקטרוני, טופולוגיה, וקומת הם מפתחים פרוטוקולים חדשים וטכנולוגיות ייצור זה באמצעות תפקיד קריטי.
פיתוח מוצרים ומהנדסי יישומים
כמו טכנולוגיה קוונטית בוגרת, יש צורך גדל מהנדסים שיכולים לתרגם הפגנות מעבדה למוצרים מסחריים. יישומי מהנדסים לעבוד עם משתמשי קצה בתעשיות כגון מימון, תרופות ולוגיסטיקה כדי לזהות בעיות כי מחשבים קוונטיים יכולים לפתור ולפיתוח פתרונות קצה עד קצה.הם חייבים להבין את היכולות והמגבלות של חומרה קוונטית נוכחית, הדורשת היכרות עם חומרים קוונטיים ומכשיר פיזיקה.
נתיבים חינוכיים ומיומנויות חיוניות
האופי הבין-תחומי של חומרי הקוונטים אומר שאין דרך חינוכית אחת שנקבעה.עם זאת, מיומנויות יסוד מסוימות ותחומי ידע חשובים באופן עקבי.
ידע מדעי
הבנה מוצקה של מכניקת הקוונטים היא לא-נשכחת.מהנדסים שעובדים עם חומרים קוונטיים חייבים להיות נוחים עם מושגים כגון פונקציות גל, להקות אנרגיה, סימטריה, ומדידה קוונטית.קורסים בפיסיקה של מדינה מוצקה ותאוריה חומר מזוומנת לספק את המסגרת להבנת תכונות אלקטרוניות ומגנטיות.
מיומנויות לוגיות ומתמטיקה
מודלים Computational הוא חיוני לחיזוי נכסים חומריים, עיצוב מכשירים, וניתוח נתונים ניסיוניים.דונות פונקציונלית תיאוריה (DFT) הוא עבודת חישובים של מבנה אלקטרוני, וניסיון עם קודים DFT כגון VASP, Quantum ESPRESSO, או WIEN2k הוא רלוונטי מאוד. Machine הוא יותר ויותר בשימוש כדי להאיץ חומרים תגליות על ידי מספר גדול של תרכובות + עם ניתוח סטטיסטי, שיטות תכנות (MAPBT) וטכנולוגיות (MAPBT) הוא רלוונטיות, שיטות תכנות (MAPBT) הוא יותר ויותר רלוונטיות, שיטות).
טכניקות ניסיוניות
ניסיון עם חומרים סינתזה ואפיון הוא יתרון גדול. כישורי ניקוי - פוטוליטוגרפיה, אלקטרון beam lithography, פיזור סרט דק, תחריט - חיוני לייצור מכשירים. טכניקות מדידה דלת-טמפרטורה, כולל פעולה Cryostat ובקרת שדה מגנטי, הם קריטיים ללמידה של תופעות קוונטיות שונות.
שיתוף פעולה בין-תחומי
מחקר חומרים קוונטיים הוא שיתוף פעולה מטבעו מהנדסים לעבוד לצד פיזיקאים, כימאים ומדענים ממוחשבים, לעתים קרובות בצוותים המשתרעים על מוסדות מרובים ומדינות. כישורי תקשורת חזקים, היכולת להסביר מושגים מורכבים למומחים מתחומים שונים, ונוחות עם ניהול פרויקטים שיתופי הם חיוניים.מהנדסים שיכולים לגשר בין דיסציפלינות - לנטרל תובנות פיזיקליות למכשיר מעשי, או דרישות ייצור לאסטרטגיות סינזה - הם בעלי ערך במיוחד.
מיומנויות מקצועיות והתאמה
שדה החומרים הקוונטי מתפתח במהירות.חומרים חדשים, תופעות חדשות, ויישומים חדשים מופיעים באופן קבוע. מהנדסים חייבים להיות נוחים עם למידה רציפה, קריאה ספרות מחקרית, והתאמה לכלים חדשים וטכניקות. מודעות קניין רוחני חשובה לאלה שעובדים באימון אתיקה, במיוחד לגבי הפוטנציאל הכפול של טכנולוגיות קוונטיות, מזוהה יותר ויותר כבעלת ערך.
התעשייה Outlook ו- Economic Context
שוק הטכנולוגיה הקוונטים העולמי צפוי לגדול מ-1 מיליארד דולר ב-2023 ליותר מ-10 מיליארד דולר עד 2030, על פי ניתוחים רבים בשוק.השקעות ממשלתיות הן משמעותיות: ארה"ב, האיחוד האירופי, סין ומדינות אחרות ביצעו מיליארדי דולרים ליוזמות מחקר קוונטיות.השקעות פרטיות גם זינקו, עם סטארט-אפים קוונטיים שמגייסים כמויות שיא של הון סיכון.
חומרים קוונטיים הם מרכיב יסוד של מערכת אקולוגית זו.התקדמות בחומרים סינתזות ואפיון המאפשרים שיפורים בביצועי qubit, רגישות חיישן, ומודולנסיכות המכשיר. חברות שיכולות לייצר סרטים באיכות גבוהה, גבישים טופולוגיים בסולטור, או חומרים ללא פגם 2D ללא פגע יש יתרון תחרותי משמעותי.שרשרת האספקה לחומרים קוונטיים עדיין מתפתחת, יצירת עבור חומרים מיוחדים ויצרנים.
תפקידים הנדסיים בחומרים קוונטיים הם בעלי ערך רב, משקפים את הידע המיוחד הנדרש.על פי סקרים בתעשייה, עמדות ברמת כניסה למהנדסים עם מומחיות חומרי הקוונטים פיקוח על שכר גבוה מ-10% עד 20% מתפקידים דומים במוליכים למחצה קונבנציונליים או בהנדסה חומרים. עמדות בכירות ואלה בניהול יכולים לשלוט פרמיות משמעותיות. ריכוז גיאוגרפי הוא בולט במרכזים כגון עמק הסיליקון, בוסטון, ניו יורק, שיקגו, בבולדר, ומרכזי וושינגטון, כמו מרכזים בינלאומיים, כמו גם בקיימברידג' וושינגטון, כמו גם מרכזים בינלאומיים, כמו גם בקיימברידג'יניה (NorthC).
אתגרים ושאלות פתוחות
למרות ההבטחה, אתגרים משמעותיים נותרו לפני חומרים קוונטיים מבינים את ההשפעה המלאה שלהם על הנדסה וטכנולוגיה.רבים מהאתגרים האלה מייצגים הזדמנויות למהנדסים לתרום באופן משמעותי.
סקלאלה וייצור
אופטימיזציה של חומרים קוונטיים עם טוהר ושלמות מבנית הנדרשת עבור יישומים מעשיים היא קשה ויקרה.חומרים קוונטיים רבים מתנפחים במהירות כאשר נחשפים לאוויר או לחות, הדורשים capsulation או טיפול אינפורמטיבי. Scaling מ גבישים בודדים בגודל מילימטר לסרטי מתייבש, תוך שמירה על איכות נותרה בעיה פתוחה.מהנדסים לפתח שיטות צמיחה חדשות, בכלים של החלפת אופי, ואריזות יהיה פתרונות חיוניים.
שילוב עם טכנולוגיה קיימת
מכשירים קוונטיים חייבים ממשק עם אלקטרוניקה קלאסית לשליטה ולקרוא.אינטגרציה זו מציגה אתגרים בניהול תרמי, אותות מחיקה, תאימות אלקטרומגנטית. החומרים המשמשים לחיבורים, דיאלקטריים, ו substrates יכול להשפיע על קוהרנטיות ותפקוד המכשיר. Co-design גישות אופטימיזציה כי אופטימיזציה המערכת כולה ולא רכיבים בודדים נדרשים.
הבנה ושליטה ב Decoherence
קוהרנטיות קוונטית היא שברירית.גם עם הגנה טופולוגית, ביטים אינטראקציה עם הסביבה שלהם ואובדן מידע לאורך זמן.הבנת המקורות המיקרוסקופיים של ניתוק – מוטציות, פוניות, רעש אלקטרומגנטי - ופיתוח חומרים ומכשירים גיאומטריים הממזערים אותם הוא תחום פעיל של מחקר.מהנדסים שיכולים לאפיין מקורות רעש ואסטרטגיות הקטנת עיצוב יהיו השפעה מתמשכת.
פיתוח כוח העבודה
הביקוש למהנדסים עם מומחיות חומרי קוונטית כיום היצע.אוניברסיטאות מרחיבות תוכניות הנדסיות קוונטיות, אבל הצינור לוקח זמן לבנות. קורסים קצרים, מודולים מקוונים ותוכניות הסמכה בתעשייה מתעוררים כדי לטפל הפער.חברות משקיעות יותר ויותר בטכניקות הכשרה פנימית והתמחות לפתח מהנדסים עם מומחיות קרובה - עיבוד גרפי, קריאות, חישוביות, מודלים חישוביים - לעתים קרובות מעבר קוונטיים לתוך חומרים ממוקדים עם חומרים מקודמים.
הכנת קריירה בחומרים קוונטיים
עבור סטודנטים ומהנדסי טיפול מוקדם המעוניינים בתחום זה, כמה צעדים מעשיים יכולים לעזור לבנות בסיס.
טיהור הקורסים מכניקת הקוונטים, פיזיקה מוצקה המדינה, ומדע החומרים הוא חיוני.אוניברסיטאות רבות מציעים כעת קורסים מיוחדים או תעודות בהנדסה קוונטית. ניסיון מחקר לתואר ראשון במעבדה חומרים קוונטיים הוא בעל ערך רב, מתן חשיפה מעשית לסנתאטיס, אפיון, או ייצור המכשיר. התמחויות קיץ במעבדה הלאומית או חברות קוונטיות מציעים ניסיון נוסף והזדמנויות רשת.
פיתוח מיומנויות חישוביות באמצעות פרויקטים ב DFT, למידת מכונה, או ניתוח נתונים חשוב יותר ויותר.השתתפות האקרים או קוד פתוח פרויקטים תוכנה קוונטית יכול להפגין יוזמה ויכולת טכנית.הצטרפות ארגונים מקצועיים כגון האגודה האמריקאית לפיזיקה, החברה לחקר החומרים, או יוזמת IEEE הקוונטית מספקת גישה לכנסים, Webinars, ולוחות עבודה.
להישאר נוכחי עם הספרות חשוב בתחום שנע במהירות.לאחר כתבי עת כגון חומרי טבע, מכתבי סקירה פיזיים, חומרים מתקדמים ו-Nano Letters מסייע למהנדסים להבין מגמות וטכניקות מתפתחות. בניית רשת אישית באמצעות כנסים, מדיה חברתית ופלטפורמות שיתופיות יכול להוביל לשיתוף פעולה מחקר והזדמנויות עבודה.
מסקנה
חומרים קוונטיים אינם סקרנות עתידית רחוקה – הם כבר משפיעים על דיסציפלינות הנדסה ויצירת נתיבי קריירה חדשים.מעקב אחר qubits ו insulators טופולוגי לחומרים 2D ונוזלי ספינום קוונטי, חומרים אלה מציעים תכונות המאפשרות טכנולוגיות שנחשבות פעם לבלתי אפשריות. עבור מהנדסים, המסר ברור: הבנה של חומרים קוונטיים יהיה מכונן של המאה ה -21, כמו הבנה של 20 מוליכים למחצה להגדיר את 20.
האתגרים ההנדסיים המעורבים - הסלמה בסינטזה, שילוב עם מערכות קלאסיות, שליטה ביציבות ובבניית שרשרת האספקה - הם משמעותיים, אבל כך הם ההזדמנויות. מהנדסים משקיעים בבניית ידע בין-תחומי, מיומנויות ניסיוניות, ושיטות עבודה שיתופיות יהיו ממוקמים היטב להוביל את המהפכה הקוונטית.
בעוד המחקר ממשיך לדחוף את הגבולות של מה שניתן עם חומרים קוונטיים, הביקוש למהנדסים מיומנים יגדל רק.אלה אשר לאמץ את הגבול הזה יסייעו בבניית הטכנולוגיות המגדירות את עידן ההנדסה הבא.