2026年2月17日——美国能源部科学办公室于去年11月宣布，未来五年将向费米国家加速器实验室主导的“超导量子材料与系统中心”（SQMS）追加1.25亿美元资助，以加速量子信息科学领域的突破性进展。

这项投资将持续汇聚来自43家合作机构的300余名专家，涵盖国家实验室、高校和产业界，共同推进新一代量子计算、通信和传感技术的研发。劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）作为合作伙伴之一，将为该项目提供材料科学与微波谐振腔领域的深厚专业积累。

作为合作内容，LLNL科学家基思·雷正在研究用于制造超导量子比特三维谐振腔和二维谐振器的铌钽材料。“无论来自哪个机构或研究何种量子比特设计，科研人员都渴望更深入地了解所用材料特性，”他表示，“看到SQMS产出大量聚焦量子计算机材料的实验与理论成果令人振奋。掌握的材料数据越丰富，我们构建的模型就越精确，其指导价值也就越大。”

铌腔超导量子比特的工作原理是将单光子束缚在空心腔体内，使其以特定频率共振。要使这些光子发挥量子比特功能并存储有效信息，必须确保其在腔内往返反射时能量损耗最小。换言之，铌金属表面必须达到近乎完美的纯净度。

“我们开发了分析界面缺陷导致超导量子比特能耗的方法，”雷解释道，“利弗莫尔其他项目已在这些方法研发上投入大量精力，现在可将其应用于SQMS关注的界面与材料研究，进而针对合作目标开展精准攻关。”

SQMS专注于开发基于谐振腔的量子计算平台。而LLNL参与的“轴子暗物质实验”（ADMX）——该项目使用类似的三维谐振腔搜寻暗物质候选粒子轴子——为研究提供了超越材料层面、直达谐振腔本体的洞见。

“我在SQMS的职责是协助谐振腔设计，”LLNL科学家詹保罗·卡洛西表示，“目前他们已实现光子在一款谐振腔内留存数秒的突破。这相当惊人——一个被囚禁的光子竟能持续弹跳数秒之久。”

光子驻留时间越长，可用于计算的时间窗口就越宽，系统错误率也相应降低。

这项量子技术的应用远不止于计算领域，它既能优化轴子探测手段，还可扩展至搜寻另一种暗物质候选者“暗光子”。相关谐振腔技术甚至能探测引力波——当引力波穿过时，腔体将发生物理形变，从而改变其共振频率。

“我十分好奇他们的引力波传感设计如何转化应用于国家安全相关监测领域，”卡洛西指出，“SQMS具备整合优质资源的能力，有望开展大规模协同攻关。”

雷和卡洛西强调，LLNL现有诸多项目可与SQMS使命形成深度协同。他们认为，这种科研共振带来的放大效应令人振奋。“通过共享创意，我们能开发出更优秀的材料与谐振腔模拟模型，”雷总结道，“所有这些努力终将缔造更卓越的量子计算机。”