美國的兩家國家實驗室計劃建立一個新的量子網絡，該網絡跨越48公里（30英里），將它們兩家的設施連接起來。該項目對于美國在開發不可破解通信技術的全球競賽中取得重要成果具有推動作用。

該芝加哥地區網絡的目的是探索一種利用量子糾纏的更可靠方法。量子糾纏是一種允許一對糾纏粒子（即使它們相隔數英里）作為量子比特即時共享其量子狀態的變化的現象。

它不會是世界上最長的量子網絡，但該芝加哥倡議將通過利用固態材料構建量子比特，開創出一種獨特的方法。如果成功，該項目將為通過固態量子比特傳輸信息的更大量子網絡鋪平道路。

芝加哥大學的自旋電子學和量子信息學教授David Awschalom說：“當其他的量子網絡項目強調連接多個光纖段以擴展通信鏈路時，我們的試驗床關注的是產生穩健、高效和可擴展的量子糾纏的方法。一旦我們掌握了這方法，就可以通過連接多個鏈接，輕松地將試驗床加以擴展?！?/p>

美國能源部撥款了幾百萬美元來資助這個新的量子網絡。該網絡將在一年左右的時間內從阿貢國家實驗室延伸到費米國家加速器實驗室。這兩家國家實驗室和芝加哥大學已建立了一個名為“芝加哥量子交換”(Chicago Quantum Exchange)的合作項目，它由Awschalom牽頭，是整個項目的先期項目。

利用該量子網絡作為新技術的試驗床，研究人員可以對很多可能性進行探索。量子網絡可能是安全通信的基石，并最終可能形成全球范圍的量子互聯網。這種網絡還可以幫助擴大量子計算的規模，使量子增強的精密測量和計時儀器的實驗成為可能。

中國和其他一些國家里的最大量子網絡主要依賴于基于光子或光粒子的量子比特。它們通常擔當通過光纜傳播的移動“飛行量子比特”。量子密鑰分發網絡中的一個常見方案是將糾纏光子用作在網絡內的節點之間攜帶密鑰的信使。但是，這些光子傳播的時間越長，它們被吸收或分散的可能性就越大，無法到達目的地。

相比之下，芝加哥量子交換項目將使用光子“飛行量子比特”，在位于量子網絡兩端的固態量子比特節點之間啟動糾纏。一旦網絡任一端的固態量子比特共享糾纏量子態，它們就可以通過量子隱形傳態直接在彼此之間傳輸信息。

Awschalom解釋說，固態量子比特是基于“固體中的原子或原子樣缺陷”。這些固態量子比特可包括晶體結構中缺少原子的金剛石和碳化硅，或含有單原子雜質的稀土礦物。這些材料與現代計算技術中使用的材料相近。

Awschalom說：“與起著'飛行量子比特'作用的光子相比，固態量子比特壽命長、穩定，并可以擴展到大型系統?！?/p>

將成為美國這一新的量子網絡主干網的地下光纜已經存在，它們已經在十幾年前作為伊利諾伊州高速數據網絡的一部分而安裝。研究人員計劃在光纖網絡的兩端構建兩個節點，其中包含量子比特源、存儲器和轉換器。

這個新項目是美國加大量子科學研究力度的最重要動作之一。與此同時，亞洲和歐洲的國家也在競相開發量子網絡。特別是中國已經展示了光纖量子網絡如何與基于衛星的量子通信合作，以便在世界范圍內安全地傳輸信息。

開發并發射自己的量子衛星，這也是美國未來可能邁出的一步。Awschalom說：“我們正在討論將來把量子衛星作為附加節點并入地面節點以形成混合網絡的途徑?！?/p>