近日，美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)举办了“Quantum on the Quad”活动，以推广其量子路线图(Quantum Roadmap)，该文件概述了如何最好地将实验室的世界级量子设施和专业知识结合起来，以完成美国能源部的使命。
该路线图代表了一项战略，旨在利用实验室20多年的量子研发，30多名全职量子工作人员及其量子科学中心，充分实现量子信息科学(QIS)的潜力。
从比当今领先系统更高效(也可能更强大)的超级计算机，到能够探测永远难以捉摸的暗物质的传感器，再到更安全的能源网，创新的未来很可能取决于人类能在多大程度上操纵量子力学的特性。
ORNL在QIS方面的成功及其前瞻性战略获得了三项资助奖励，这将有助于确保该实验室在推进量子计算机和网络方面保持领先地位。
这些新的研究成果之一是ORNL与马萨诸塞大学阿默斯特分校、亚利桑那大学、德克萨斯大学奥斯汀分校和亚利桑那州立大学之间的合作，为性能集成的可扩展量子互联网开发架构和协议。一个可扩展的量子互联网可以增加现有网络的容量和安全性，并允许更快速地处理大量传统和量子数据——这是科学研发的一个日益严重的障碍。
这项工作建立在美国能源部高级科学计算研究(ASCR)项目以及ORNL最近在国家实验室综合体中部署的最长(超过300公里)“暗光纤”量子网络测试平台的内部投资的基础上。该试验台支持400千兆位的传统数据传输速度和实验室网络内的专用通道。
该项目被称为性能集成量子可扩展互联网，或PiQSci，将在三年内获得600万美元。“这个项目团队提供了设计和构建量子网络所需的多学科理论和实验专业知识，我们的测试平台具有强大的量子传统能力，”项目负责人和ORNL公司研究员Nageswara Rao说。
另一个最近的奖项旨在应用ORNL在量子信息系统和电网方面的专业知识，最终建立一个或多个具有量子能力的电网测试设施。基于量子的电网可能更安全，更有能力根据需求分配电力。
网格研究、集成和部署量子(Grid - q)项目将帮助研究人员识别并更好地理解电网上量子计算、通信和传感的具体用例。此外，还将针对电网应用的量子技术进行设施设计和路线图绘制工作。这些活动将加速量子技术的商业应用转移，以支持更具弹性、可靠和安全的电力基础设施。
GRID-Q将在三年内从美国能源部电力办公室、化石能源和碳管理办公室以及网络安全、能源安全和应急响应办公室获得375万美元。该项目包括其他四个国家实验室(阿贡、洛斯阿拉莫斯、劳伦斯利弗莫尔和国家能源技术实验室)、三个学术机构(丹佛大学、南加州大学和匹兹堡大学)和两个行业合作伙伴(弹性纠缠和IonQ)。
“我们相信量子技术可以帮助使电网更加高效和安全，而grid - q项目旨在帮助将这些技术从实验室转移到现实世界，”联合项目负责人、ORNL杰出研究科学家沃伦·格赖斯说。
共同项目负责人、ORNL研究员Suman Debnath补充说:“对于电网专家来说，这是一个非常有趣的项目，可以了解量子技术的潜在影响，并确定简化这些技术在电网中的集成的手段和方法。”
ascr支持的另一项工作是“当前技术下量子效用评估”(AQUEDUCT)项目，该项目将开发基准和模型，以确定量子计算机是否以及何时可以执行有用的计算。
尽管量子计算机在推进计算科学方面显示出巨大的希望，但在将其应用于当今许多最复杂的科学问题之前，仍然存在重大障碍。AQUEDUCT为量子计算和科学计算社区提供了灵活、可扩展的模型和方法，可以应用于近期应用，并适应未来的平台和功能。
AQUEDUCT将在四年内获得100万美元。合作伙伴包括田纳西大学诺克斯维尔分校;MITRE，弗吉尼亚理工大学和南加州大学。
“AQUEDUCT项目解决了量子计算两个快速发展的领域:在组件级表征硬件噪声，并将这种噪声的影响与应用级性能联系起来，”项目负责人和ORNL工作人员Kathleen Hamilton说。“通过将这两项研究工作结合起来，AQUEDUCT旨在开发预测指标，以评估量子计算机在当今和未来计算科学挑战中的效用。”
UT-Battelle为美国能源部科学办公室管理ORNL，该办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者。
