美国能源部正在建立五个新的国家量子信息科学研究中心，其中一个由阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)领导，另一个由费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)领导，这五个中心预计将在未来五年获得1.15亿美元的资金。这两个实验室都附属于芝加哥大学。
白宫科学技术政策办公室于8月26日宣布，这些中心旨在促进量子信息科学和相关技术的转型突破，汇集世界领先的专家和顶级设施，以支持国家量子计划。
由Argonne领导的Q-NEXT中心汇集了国家实验室、包括芝加哥大学在内的大学以及美国领先的科技公司，其单一目标是发展控制和分发量子信息的科学和技术。它将与22个合作伙伴一起，创建两个全国性的量子材料铸厂，开发传感器网络和安全通信系统，建立模拟和网络测试平台，并培训下一代量子准备工作人员，以确保美国在这一快速发展领域的科学和经济领导地位。
这个由费米堡领导的中心被称为超导量子材料和系统中心(SQMS)，其目标是建立和部署一种超先进的基于超导技术的量子计算机。该中心还将开发新的量子传感器，这将有助于发现暗物质和其他难以捉摸的亚原子粒子的性质。该中心将包括20个合作伙伴，包括国家实验室、大学和工业界。
“能源部感到骄傲与重要合作广度的参与者支持全国量子信息科学中心,通过从这些参与者分配慷慨贡献我们可以继续通过量子技术进一步科学发现,“科学副部长保罗Dabbar说。“我们的国家将继续引领未来工业的发展，这五个中心将集结我们国家实验室、大学以及我们的公共和私营部门伙伴关系的全部力量。”
芝加哥大学通过UChicago Argonne有限责任公司为能源部管理Argonne;费米实验室与大学研究协会通过费米研究联盟合作。
一场量子竞赛正在进行中，多个国家竞相创造突破。芝加哥地区已经成为一个领先的量子研究中心，这里有两个国家实验室，芝加哥大学的普利兹克分子工程学院和其他世界级的学术机构，以及一些行业领袖。
今年2月，来自阿贡和芝加哥大学的科学家取得了重大突破。他们在芝加哥郊区成功地让光子纠缠在一个52英里长的“量子圈”中，建立了美国最长的陆基量子网络之一。该网络将很快与费米实验室连接，建立一个80英里的三节点试验台。今年7月，美国能源部(Department of Energy)来到芝加哥大学(University of Chicago)，公布了一份未来几十年量子研究的蓝图。
“这是我们国家经济活力和威望的最令人兴奋的发展之一。我非常高兴伊利诺斯州将拥有美国五个量子研究中心中的两个，而不是一个，这将开启伊利诺斯州科技史上最新的篇章。”“由世界一流的学术机构、国家实验室、财富500强企业和科技初创企业组成的优秀生态系统曾经改变过世界，现在也准备再次改变世界。”通过我们州与大学和能源部一起在科学技术上的投资，我们为科学成就奠定了基础，这些成就将在未来几十年左右塑造伊利诺伊州、全国乃至全球。”
“在像量子网络这样具有挑战性的领域里，真正的突破只能来自一个强大的网络本身——来自学院和大学、国家实验室、孵化器和产业之间的伙伴关系和合作——在全国没有比芝加哥更好的地方了，”市长洛里·e·莱特福特(Lori E. Lightfoot)说。“这个令人印象深刻的网络是可能的，这要归功于我们居民的创造力、力量和决心，他们中的许多人把利用他们的专业知识来改善芝加哥内外的社区作为自己的使命。”这些未来的科学创新是建立在今天的投资之上的，有了这两个中心，芝加哥将为未来的知识和技术奠定基础。”
伊利诺斯州在理解科学和发展技术以推动我们国家前进方面一直处于领先地位。有了Argonne国家实验室、芝加哥大学和费米实验室的支持，我知道我们的研究人员将在量子技术方面给我们带来重大突破。迪克·德宾参议员(民主党)。“能源部做出了一个非常好的选择，支持并建立了伊利诺伊州的两个量子中心，并与美国一些最好的大学合作，开始了下一代量子创新。”
芝加哥大学(University of Chicago)校长罗伯特·j·齐默(Robert J. Zimmer)说:“芝加哥拥有世界上在量子科学领域工作的一些最大的合作团队，这是在开发未来将产生重大影响的关键新应用方面向前迈出的重要一步。”“这些中心将有助于建立知识基础，加速发现，特别是在芝加哥大学，为未来培养一支量子工程师队伍。”
Argonne将用Q-NEXT跨越量子障碍
Q-NEXT由Argonne国家实验室领导，旨在促进新技术的快速商业化，以支持新兴的“量子经济”。
“世界正处于一场技术革命的风口浪尖。通过国家实验室的合作努力,大学和企业积极参与Q-NEXT,我们将开发工具探索和控制物质的量子特性,并将这些发现转化为技术,造福社会,”David Awschalom说Q-NEXT主任阿贡国家实验室的资深科学家,刘家族的分子工程学和物理学教授芝加哥大学和芝加哥的主任量子交换,它召集了芝加哥的合作伙伴来进一步开展量子研究。“这种合作关系对于建立国内新型量子材料和设备的供应链是至关重要的，以实现强劲的量子经济。”
Q-NEXT还将创建两个全国性的量子材料铸造厂——一个在阿贡，另一个在SLAC国家加速器实验室。这些铸造厂将共同扮演一个“量子工厂”的角色，生产标准化材料和设备的强大供应链，支持已知和尚未发现的量子应用程序。它还将创建第一个国家量子设备数据库，用于下一代量子设备的标准化。
“Q-NEXT催生的新技术将加速美国的繁荣和安全，”Argonne的主管Paul Kearns说。“作为能源部科学办公室的一部分，Argonne很自豪能成为Q-NEXT的领导实验室，在这一重要的努力汇集了世界领先的专家和丰富的科学资源在国家实验室，学术界和工业界。”
Q-NEXT公司将在未来五年内由能源部提供1.15亿美元的资金，今年将提供1500万美元，今后的资金将视国会拨款情况而定。来自合作组织的总计9300万美元的额外资金将进一步推动这项研究工作。
伊利诺斯州大会也通过HB62拨款2亿美元，由芝加哥大学和伊利诺斯大学在厄巴纳-香槟分校平分，用于开发芝加哥量子交换的量子基础设施，这将通过合作支持Q-NEXT。
有了这些资源和公私合作的力量，Q-NEXT将专注于三个核心量子技术。
这些包括用于长距离传输量子信息的通信，例如量子中继器，可以建立用于信息传输的“不可破解的”网络;在物理、材料和生命科学领域应用转型，实现前所未有的灵敏度的传感器;并为量子模拟器和未来在量子模拟、密码分析和物流优化方面应用的全栈通用量子计算机创建“试验台”。
Q-NEXT还将通过与工业界、学术界和政府的创新培训项目，培训下一代量子劳动力，以确保美国在这一迅速发展的领域继续保持科学和经济领导地位。芝加哥大学打算探索与城市大学的劳动力合作关系。
大学还将与Q-NEXT和当地领导人合作，制定一系列强有力的举措，以发展创新的教育途径、劳动力发展战略和当地经济发展机会，确保南城居民做好准备，并能从这些科学突破中受益。
其他参与的国家实验室是SLAC国家加速器实验室和太平洋西北国家实验室。芝加哥大学和其他9所大学是合作伙伴:加州理工学院;康奈尔大学;西北大学;宾州州立大学;斯坦福大学;加州大学圣巴巴拉分校;伊利诺伊大学香槟分校;明尼苏达大学;以及威斯康星大学麦迪逊分校。十家公司也是官方合作伙伴:应用材料、IBM、波音、英特尔、ColdQuanta、Keysight Technologies、通用原子公司、微软、HRL实验室和Quantum Opus。
费米实验室SQMS在量子计算和传感方面的雄心勃勃的目标
费米实验室超导量子材料与系统中心研究的核心将解决量子信息科学中最紧迫的问题之一:量子计算机的基本元素——量子比特维持信息的时间长度，也被称为量子相干性。理解和减轻限制量子器件性能的退相干源，对于下一代量子计算机和传感器的设计至关重要。
“除非我们解决并克服量子系统退相干的问题，否则我们将无法建造能够解决新的、复杂的和重要的问题的量子计算机。”同样的情况也适用于解决许多科学领域长期存在的问题所需的灵敏度范围的量子传感器。”“克服这一关键限制将使我们能够在生命科学、生物学、医学和国家安全领域产生重大影响，并使我们能够在基础科学领域进行无比精确和敏感的测量。”
SQMS中心在计算和传感领域的宏伟目标是由费米实验室在称为超导腔的组件中取得的世界领先的相干时间推动的，超导腔是为费米实验室的粒子物理实验中使用的粒子加速器开发的。进一步推进连贯性,厂房的合作者将启动一项材料科学调查前所未有的规模获得洞察蛀牙和量子位的基本限制机制,努力了解超导体的量子特性和其他材料在纳米尺度上和微波政权。
未来五年内，SQMS将从能源部获得1.15亿美元的资金，今年和去年的资金将分别为1500万美元和1500万美元，这取决于国会的拨款。SQMS还将从伙伴组织获得800万美元的配套捐款。
这次合作汇集了所有关键领域的世界领先的专业知识:从确定纳米尺度上量子位元的质量限制，到制造和扩大多量子位元量子计算机的能力，再到探索量子计算机和传感器的新应用。
“费米实验室很高兴能主持这个国家量子信息科学研究中心，并与这个杰出的合作者网络合作，”费米实验室主任奈杰尔·洛克耶(Nigel Lockyer)说。这一倡议与费米实验室及其使命是一致的。它将帮助我们回答重要的粒子物理问题，同时，我们将利用我们在粒子加速器技术方面的优势，如超导射频设备和低温技术，为量子信息科学的发展做出贡献。”
中心包括费米实验室和西北大学核心合作伙伴,Rigetti计算,艾姆斯实验室和美国宇航局艾姆斯研究中心,以及科罗拉多矿业学院的特约合作伙伴,高盛(Goldman Sachs)、伊利诺理工大学,意大利国家核物理研究所,詹尼斯研究中,约翰霍普金斯大学,洛克希德·马丁公司,国家标准与技术研究所的斯坦福大学、天普大学,统一的基金,亚利桑那大学科罗拉多大学博尔德分校、伊利诺伊大学香槟分校和意大利帕多瓦大学。
-改编自最初由阿贡国家实验室和费米实验室出版的故事。