为了使美国在全球激烈的量子加密通信研究竞赛中取得领先，美国阿贡国家实验室和费米国家加速器实验室的科学家计划在两地之间搭建一条长达48千米的量子网络。这个新型量子网络获得了美国能源部数百万美元的资助。为了推进这个项目，两个实验室和芝加哥大学一同成立了名为“芝加哥量子交流”的合作项目。
量子通信基于量子纠缠现象：作为量子比特信息载体，一对相互纠缠的粒子即使相隔非常远的距离，它们的量子态会实时同步改变。计划建造的量子通信网络位于美国芝加哥地区，虽然不是世界上最长的量子网络，但是新的量子网络致力于寻找更加稳定的量子纠缠使用方式，从而探索一种新的量子通信方式，即创造基于固态物质的量子比特。如果成功，它将为更大规模的基于固态量子比特的量子通信网络打下基础。
“其他量子网络项目着力于连接多个光纤段以扩展通信链路，我们不一样，我们的实验平台注重寻找能产生牢固、高效和可扩展的量子纠缠的方法，”芝加哥大学自旋电子学和量子信息学教授、芝加哥量子交流项目的领导者David Awschalom说，“如果我们能做到，那么只要连接上其他链路，这个实验平台就很容易得以扩展。”
这个新型量子网络还将为研究人员探索全新领域、测试新技术提供平台。量子网络或许会成为未来安全通信的基石，甚至最终可能形成全球性的量子互联网。一旦建成，此类网络还可以帮助扩大量子计算的规模，并且提升实验室中测量仪器的精密性和计时准确性。
目前，包括中国在内的多数大型量子网络主要依赖于基于光子的量子纠缠，即光子作为量子比特在光缆中传输。量子密钥分发网络中一个常见的方案是让纠缠光子充当信使，在网络内的节点之间携带密钥。但是，光子传播的时间越长，它们被吸收或散射的概率就越大，能到达目的地的光子少之又少。
与之相对，在芝加哥量子交流项目的设计中，光子仅仅用来启动位于网络终端的两个固态量子比特节点之间的量子纠缠。一旦网络两端的固态量子比特共享纠缠态，它们就可以通过量子隐形传态直接在彼此之间传输信息。
固态量子比特来源于“固体中的原子或类原子缺陷”，Awschalom解释道。这些固态量子比特可以是晶体结构中缺少原子的金刚石和碳化硅，或者是含有单原子杂质的稀土矿物，涉及的材料与现代计算技术中使用的材料是相似的。Awschalom表示，“与的光子相比，固态量子比特寿命长、稳定，并可能扩展到大规模系统。”
作为新量子网络主干的地下光缆其实早已建好，早在十多年前，作为伊利诺斯州高速数据网络的一部分，新量子网络的骨架——地下光缆就已经安装到位。研究人员计划在光纤网络的两端构建两个包含了量子比特信号源、存储器和信号转换器的节点。
这个新项目是美国加大量子科学研究力度的重要努力之一。现在，亚洲和欧洲的国家也在竞相开发量子网络，特别是中国科学家已经展示了光纤量子网络如何与卫星进行量子通信，从而在世界范围内安全地传输信息。如果美国研制并发射自己的量子卫星，这也是美国将来可能采取的措施。Awschalom说:“我们正在讨论，如何在未来将量子卫星作为附加节点并入地面节点，从而构成混合网络。”