2026年8月25日——美国国家科学基金会（NSF）已决定为伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校牵头的NSF量子跃迁挑战研究所（混合量子架构与网络，NSF HQAN）续期第二阶段资助，五年经费总额为3750万美元。作为最初设立的三个NSF量子跃迁挑战研究所之一，NSF HQAN是美国中西部地区量子信息科学与技术研究的核心枢纽。

NSF HQAN研究量子计算的模块化方法，即将较小的量子处理单元（QPU）组网互联，以汇聚成更强大的综合计算能力。这种方法规避了直接扩展QPU所面临的技术难题，多数专家认为这正是最有可能实现量子计算最大优势的技术路径。在第一阶段，该中心的研究人员已取得多项技术成果，为模块化方法奠定了坚实基础。第二阶段将在这些成果的基础上，打通一条面向产业应用的模块化原理实施路径。

“HQAN第一阶段在研究进展和建设未来量子人才队伍方面都取得了实质性进展，”伊利诺伊大学物理学教授、NSF HQAN主任兼首席研究员Brian DeMarco表示。“我们为模块化量子计算奠定了基础，这在项目启动时基本还是一片未被探索的领域，但如今已出现在各大公司的发展路线图上。我还感到自豪的是，我们是一个扎根于中西部地区的区域中心，一直是芝加哥量子交易所的重要合作伙伴，并推动了伊利诺伊量子微电子园区等新举措的落地。”

该中心汇聚了来自六所机构的45名资深研究人员，共同开发模块化量子计算架构。参与者还通过教育项目培养量子人才，已为超过12000名参与者提供了量子科学相关培训。通过培养各层级研究人员，NSF HQAN已有27名毕业学员进入知名行业岗位，17人担任教职，9人进入国家实验室。

“伊利诺伊州已做出大胆承诺，要成为全球量子技术领域的领导者，格兰杰工程学院为能帮助将这一愿景变为现实而感到自豪，”NSF HQAN依托单位伊利诺伊大学格兰杰工程学院院长Rashid Bashir表示。“我们将与合作伙伴和NSF一道，推进实现量子计算可扩展和实用化所需的基础架构，同时加强推动产业向前发展所需的人才、合作与创新生态系统。我们在该中心的主导作用，反映了伊利诺伊大学在塑造未来量子经济方面的独特能力。”

区域核心团队由伊利诺伊大学、芝加哥大学、威斯康星大学麦迪逊分校和西北大学组成，斯坦福大学和MIT林肯实验室提供关键能力支持。第二阶段中心将拥有16家产业合作伙伴，包括谷歌、IBM、IonQ和Quantinuum。

“量子技术是伊利诺伊州的战略优先事项，HQAN的工作对于满足本州、中西部地区以及更广泛意义上的国家需求至关重要，”伊利诺伊州首席量子官Preeti Chalsani表示。“HQAN是该地区量子研究和量子人才输送管道的主要驱动力。它将该地区主要高校汇聚在一起，共同解答那些能够以有意义的方式推动量子技术发展的问题，并培养将这项技术落地所需的高度专业化人才。”

NSF HQAN于2020年成立，是NSF履行为美国解锁可行量子技术所需基础科学这一战略使命的一部分。当时，学术界和产业界都在尝试扩展单一平台技术。而NSF HQAN的成立旨在探索模块化方法的可能性，以缓解单片式扩展所遇到的困难。该中心从标准计算设备中汲取灵感——这类设备依赖于多种不同技术的集成——研究面向模块化系统优化的硬件、算法和软件。

“四十多年来，NSF一直在为今天推动现代量子计算、传感和通信的研究与发现奠定基础，”代理NSF主任职责的Brian Stone表示。“现在是时候开展重点行动，利用这一知识基础推动我们走得更远，造福全体美国人。NSF量子跃迁挑战研究所是我们在理解所生活的量子世界方面迈出的下一步。”

如今，大多数研究人员都认为量子计算需要通过模块化方法实现扩展。NSF HQAN一直在为这一方法奠定基础，具体工作包括开发用于跨平台传输量子信息的互连器件和换能器，构建模块化量子器件测试平台，以及研究利用模块化方法的软件和算法。

第一阶段取得的成果包括：四节点超导电路（SC）量子网络中的纠缠态；利用与超导谐振器耦合的冷原子实现量子极限毫米波-光学转换；首个可重构超导量子计算模块；网络中远程纠缠的首次自主稳定；在小型中性原子阵列上实现的首批算法；首个超过1000个位点的原子阵列模块；首个具备种间门的双物种中性原子阵列模块；以及在三角形超导模块化处理器中实现量子秘密共享。截至目前，NSF HQAN研究人员已发表同行评审论文210余篇。

第二阶段将在第一阶段成果的基础上弥补尚存的空白，使模块化量子计算得以全面实现。这包括在模块化平台上演示基本操作或应用原语，为算法、纠错和编译器等软件实现奠定基础。连接QPU模块所用的互连技术也将同步取得进展。此外，研究人员还将探索量子计算的新方法，重点关注量子架构的芯片级集成、更节能的量子光子学以及紧凑型节点间纠缠。

除基础研究外，NSF HQAN还将教育和人才培养项目列为优先事项，为量子就绪的未来做好准备。该中心创建了两个支持K-12教育的项目，已覆盖全国超过12000名学生：TeachQuantum项目为教师提供为期六周的研究体验和一年的课程开发支持；量子物理之妙项目通过演示、动手活动和探究式学习将量子科学主题带入课堂。NSF HQAN还通过培养研究生和博士后研究人员来建设量子人才队伍。

到项目结束时，NSF HQAN的目标是交付一条涵盖软硬件一体化的模块化量子计算完整路径。其成果将可直接转化为实现量子优势的产业级解决方案。

伊利诺伊大学物理学教授、NSF HQAN成员Wolfgang Pfaff同时也是由耶鲁大学牵头的NSF量子跃迁挑战研究所（实用量子纠错物理与工程研究所，PRACTIQAL）的成员。PRACTIQAL的研究重点是扩展和改进量子计算中的纠错能力。Pfaff将运用其在超导量子电路方面的专业知识，协助在真实量子系统中识别并纠正实时发生的错误。