美国能源部(DOE)已为其阿贡国家实验室的三个项目提供资金，旨在为量子信息科学(QIS)的突破奠定基础。该资助是美国能源部于近日宣布的对量子科学与工程领域进行6100万美元新投资的一部分。未来的量子传感器、量子计算机和量子网络将共享、处理和保护爆发式增长的信息。并将从科学数据开始，使这些未来的技术浪潮成为可能。

美国能源部长詹妮弗·格兰霍姆说：“利用量子世界的特性将创造新形式的计算机，并将加快我们处理信息和解决气候变化等复杂问题的能力。DOE和我们在全国各地的实验室在这项关键研究方面处于领先地位，这将增强我们的全球竞争力，并帮助占领这些不断增长的行业市场，从而提供未来的解决方案。”

阿贡国家实验室获得该资金资助的项目有：

QuEEN-M

未来的量子网络设计基于一次发射单个光子的材料。这些被称为量子发射器的材料几乎是无法想象的纳米级的大小。这种发射器可能是单个原子宽，也可能是几纳米宽。今天的工具还不足以以一种方式捕获发射器的原子或电子结构，从而使科学家能够改进它们以用于量子应用。

在美国能源部资金的支持下，并利用美国能源部科学用户设施办公室阿贡纳米材料中心(CNM)的资源，由阿贡科学家温建国(Wen Jianguo,音译)领导的一个研究团队将开发一种显微镜，它使这些纳米发射器的特性成为焦点。这将使科学家能够精确测量发射器的特征并针对量子网络优化发射器。该工具被称为量子发射器电子纳米材料显微镜(简称QuEEN-M)，它结合了电子束脉冲器的最新技术，创造出了全新的功能，可应用于量子信息科学中的各种科学和技术问题。

温建国说：“我们的团队很荣幸能获得这个奖励，该资助证明了基础科学是构建有意义的实用技术不可或缺的基础。我们希望QuEEN-M不仅在QIS中，还能在其他领域中都能展示出很高的科学影响力。”

AQuISS实验室

自旋是自然界中最小成分的一种特性，它可以类似于传统计算机比特存储数据的方式来存储量子信息。众所周知，与晶体最内部缺陷相关的自旋在量子数据存储方面表现得非常出色，但需要为它的位置付出代价。由于缺陷承载的自旋嵌入的如此之深，因此很难访问和操纵这种自旋以及定位缺陷主体本身。但如果这些孤立自旋的潜力可以通过让它们更接近晶体表面来释放呢？

阿贡科学家Jeffrey Guest将带领阿贡和芝加哥大学的一组研究人员利用CNM的资源探索这种可能性。在美国能源部资金的支持下，该团队将成立原子量子信息表面科学(AQuISS)实验室，以更好地了解和控制晶体表面附近的缺陷以及表面掺杂剂(添加到晶体中以改变其特性的外来物质)。这将使他们能够学习如何操纵表面自旋位点以更好地保持和操纵量子信息。他们还将寻求开发新材料和晶体表面自旋，以改进它们并用于量子信息存储和处理。

Guest说：“纳米科学、表面科学和量子信息科学的交叉融合为基础研究和下一代量子技术的发展提供了一个具有挑战性但更强大的前沿。我们很高兴能获得该资助，这将使我们有机会建立针对量子信息科学表面探索和开发的仪器和实验。我们越能探索和理解表面量子信息的性质，就越能利用表面和纳米科学的独特优势来推动这一领域的发展。”

量子网络中可靠且可扩展的信息分发

最近在阿贡实验室和其他地方的实验表明，可以使用光纤在城市间发送和接收量子信息。

实现量子互联网的前景令人兴奋，但科学家仍然必须开发协议，以扩展网络并支持多用户。此外，量子互联网将由各种品牌和型号的组件组成，它们处理着不同类型的量子信息。如何让网络中的各种组件相互兼容，并能同时确保信息的可靠传输？与常规互联网类似，支持随时间发展的异构技术对于量子网络的长期成功至关重要。

芝加哥大学和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的阿贡科学家Martin Suchara及其同事将利用美国能源部的新资金来设计一种量子互联网协议，以管理不同类型的量子信息编码。他们还将研究量子态如何在具有多个发送方和接收方的量子网络中从一种类型转换为另一种类型。他们的研究将使他们能够通过网络改善信息流，并将使用阿贡量子网络作为测试站点。（编译:Qtech）