应用案例|小成本，大收获，量旋双子座Lab助力瓦萨学院打造北美量子教育新标杆

2025.07.02 · 企业新闻量旋双子座Lab

瓦萨学院（Vassar College）创立于1861年，以“人文艺术与科学技术的融合教育”著称，是美国顶尖文理学院之一。学校采用 “学系主导、跨学科协同” 的模式，设立30 余个独立学系与跨学科项目覆盖自然科学、社会科学、人文学科及艺术四大领域，并推行开放课程制度，提供丰富科研机会，教育模式聚焦“小班教学+本科生深度科研参与”。

近年来，瓦萨学院持续推进课程与前沿科技的融合创新，于近期引入量旋双子座 Lab 教学设备，搭建 1-3 量子比特的教学级量子实验平台，完成物理与天文系多项实验课程的教学升级，在量子科技教育领域实现前瞻布局。

小成本，大收获，量旋双子座Lab助力瓦萨学院打造北美量子教育新标杆

跨学科课程与科研实训并举

培育量子领域专业人才

瓦萨学院物理与天文学系秉持 “小规模、高投入、科研深度化” 的办学理念，凭借顶尖的实验设施、紧密的师生协作机制以及注重实践的课程体系，为本科生提供比肩研究型大学的科研训练平台。该系以凝聚态物理（量子材料方向）和观测天文学为两大优势领域，致力于培养兼具深厚学术素养与卓越实践能力的专业人才。

瓦萨学院物理实验课程设置 _{图注：瓦萨学院物理实验课程设置}

在量子计算与量子信息领域，尽管未设独立专业，瓦萨学院通过跨学科课程体系为学生开辟了系统的学习路径。比如物理系开设的量子力学、凝聚态物理等课程，构建量子系统理论基础，计算机系则设立量子算法相关课程。此外，学校定期开设量子信息前沿专题课程，深入解析量子比特、量子纠缠及 Shor 算法等核心内容。

师资层面，由Juan Merlo（实验凝聚态物理与量子材料方向）、Candela San Emeterio（开放量子系统理论方向）等教授领衔，带领学生参与量子材料表征等多项科研项目。这种灵活的课程设计、紧密的师生互动及丰富的实验资源，为学生在量子领域的学术探索与职业发展奠定了坚实基础。

缺乏真实量子硬件操作

“就像学音乐却从没摸过乐器”

自加入瓦萨学院以来，Juan Merlo便致力于探索量子计算教学实践，为本科生提供参与量子材料前沿研究的机会，但面临着两大现实挑战。

首先是设备成本鸿沟。工业级量子计算机采购成本超百万美元，且需维持接近绝对零度（-273℃）的运行环境，小型学院难以负担；即便是租赁云端量子算力，单小时成本高企，无法融入常规教学。

其次是理论与实践脱节。现有课程仅能通过模拟器讲解量子算法，学生缺乏真实硬件操作经验，难以理解“量子比特退相干”“量子纠错”等核心物理现象。

低成本、易操作的教学级量子设备是破局关键。Merlo表示，“目前市面上的量子计算机多数不适合教学，难以建立兼具教学和科研的实验室，导致教学面临着挑战”。

“我们的学生能推导量子门矩阵，但从未亲手操控过一个量子比特——这就像学音乐却从没摸过乐器。”Merlo教授强调。

用量旋双子座 Lab开展教学

打造实践教学创新标杆

2024 年，Merlo 教授通过市场调研发现一款小型化教学量子计算机，其核心优势精准解决了传统教学痛点，成为适配文理学院教学场景的理想方案。

○ 轻量级硬件设计：无需低温环境，采用室温核磁共振（NMR）技术实现量子比特操控，能耗远低于工业级设备；

○ 模块化实验界面：支持1-3量子比特基础操作（如Hadamard门、CNOT门），配套可视化编程软件，学生可通过开放接口直接控制硬件；

○ 全流程实验覆盖：从量子态制备、门操作到量子态层析测量，完整复现量子计算的核心流程。

_{图注：物理和天文学助理教授Juan Merlo（左）招募了两名物理专业学生，Tristan Christofferson （中间）和Amanda Flores （右），对其他学生使用量旋双子座Lab进行培训}

在教学落地实践中，瓦萨学院已将设备融入现有的实验课程中。Merlo 教授挑选了两名物理学专业学生 Tristan Christofferson 和 Amanda Flores 率先熟悉设备操作，目前两人已全面掌握设备运行原理，能够完成量子纠缠态制备等直观实验，并计划于 2024 年春末开始培训其他同学。

Christofferson 表示：“我们现在能通过真机操作理解量子计算原理，这种直观体验远比模拟器教学深刻” 。当美国其他高校代表团访问时，学生现场演示的量子纠缠态制备实验，已成为文理学院实践教学创新的典型案例。

“关键在于我们首次实现了用量子计算真机开展教学，这能让学生理解传统计算机无法完成的任务本质”。Merlo 教授解释道，量子计算与经典计算的核心差异在于计算单元的不同 —— 传统计算机基于二进制比特（Bits）运行，而量子计算机通过量子比特工作。由于量子比特具备叠加态和纠缠特性，可并行处理海量计算任务，在天气预报、金融建模、材料分子模拟等复杂场景中展现出独特优势。他进一步举例：“量子比特的并行计算能力，就像同时展开数千条解题路径，这是经典计算机串行运算无法比拟的。”

精准匹配需求

让小型院校具备真实量子硬件教学能力

自 2024 年面市以来，量旋双子座 Lab 凭借精准的教育场景适配性获得广泛认可。量旋科技基于多年量子教育领域的深耕经验，洞察到市场核心需求不仅是标准化教学设备，更需要打通 “理论教学 - 实验操作” 全流程的开放交互体系。为此开发的量旋双子座 Lab 量子计算实验平台，以敞开式机箱设计、全流程可视化操作等创新设计，让学生在实验中直观理解量子原理，满足从基础教学到科研实践的多层次需求。

精准匹配需求，让小型院校具备真实量子硬件教学能力

基于普惠化、工程化的技术研发理念，量旋科技实现了设备的“小型化、可交互化与成本控制”三重突破。Juan Merlo 教授评价道：“量旋双子座 Lab 的维护便捷性、性价比远超预期，使得我们通过系内经费就能完成采购，这让小型院校首次具备真实量子硬件的教学能力，该设备采用室温核磁共振技术，低能耗和低采购成本打破了量子教育的硬件壁垒。”

瓦萨学院的实践揭示了 “小而精” 量子教育范式的可复制逻辑：关键不在于设备性能的绝对领先，而在于与教学需求的精准匹配。这种模式的优势显著：对院校而言，“轻量级硬件 + 体系化课程” 的组合让文理学院也能抢占量子教育先机；对学生而言，硬件实操显著提升学习成效 —— 据 Merlo 调研，参与量子实验的学生知识理解深度与学习兴趣度均有较高的提升。