國科發(fā)資〔2017〕298號附件2

 

 

“量子調(diào)控與量子信息”重點專項

2018年度項目咨詢指南

 

“量子調(diào)控與量子信息”重點專項的總體目標是瞄準我國未來信息技術和社會發(fā)展的重大需求，圍繞量子調(diào)控與量子信息領域的重大科學問題和瓶頸技術，開展基礎性、戰(zhàn)略性和前瞻性探索研究和關鍵技術攻關，產(chǎn)生一批原創(chuàng)性的具有重要意義和重要國際影響的研究成果，并在若干方面將研究成果轉(zhuǎn)化為可預期的具有市場價值的產(chǎn)品，為我國在未來的國際戰(zhàn)略競爭中搶占核心技術的制高點打下堅實基礎。

本專項鼓勵和倡導原始創(chuàng)新，并積*推動應用研究，力爭在新原理原型器件等方面取得突破，向功能化集成和實用化方向推進。量子調(diào)控研究的目標是認識和了解量子世界的基本現(xiàn)象和規(guī)律，通過開發(fā)新材料、構(gòu)筑新結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)新物態(tài)以及施加外場等手段對量子過程進行調(diào)控和開發(fā)，在關聯(lián)電子體系、小量子體系、人工帶隙體系等重要研究方向上建立突破經(jīng)典調(diào)控*限的全新量子調(diào)控技術。量子信息研究的目標是在量子通信的核心技術、材料、器件、工藝等方面突破一系列關鍵瓶頸，初步具備構(gòu)建空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡的能力，實現(xiàn)量子相干和量子糾纏的長時間保持和高精度操縱，實現(xiàn)可擴展的量子信息處理，并應用于大尺度的量子計算和量子模擬以及量子精密測量。

“量子調(diào)控與量子信息”重點專項將部署6個方面的研究任務：1.關聯(lián)電子體系；2.小量子體系；3.人工帶隙體系；4.量子通信；5.量子計算與模擬；6.量子精密測量。

2016-2017年，量子調(diào)控與量子信息重點專項圍繞以上主要任務，共立項支持55個研究項目（其中青年科學家項目16項）。根據(jù)專項實施方案和“十三五”期間有關部署，2018年，量子調(diào)控與量子信息重點專項將圍繞關聯(lián)電子體系、小量子體系、人工帶隙體系、量子通信、量子計算與模擬以及量子精密測量等方面繼續(xù)部署項目，擬優(yōu)先支持12個研究方向，同一指南方向下，原則上只支持1項，僅在申報項目評審結(jié)果相近，技術路線明顯不同，可同時支持2項，并建立動態(tài)調(diào)整機制，根據(jù)中期評估結(jié)果，再擇優(yōu)繼續(xù)支持。國撥總經(jīng)費3億元（其中，擬支持青年科學家項目不超過10個，國撥總經(jīng)費不超過5000萬元）。

申報單位根據(jù)指南支持方向，面向解決重大科學問題和突破關鍵技術進行一體化設計。鼓勵圍繞一個重大科學問題或重要應用目標，從基礎研究到應用研究全鏈條組織項目。鼓勵依托國家重點實驗室等重要科研基地組織項目。項目應整體申報，須覆蓋相應指南方向的全部考核指標。

項目執(zhí)行期一般為5年。一般項目下設課題數(shù)原則上不超過4個，每個項目所含單位數(shù)控制在4個以內(nèi)。

青年科學家項目可參考指南支持方向組織項目咨詢，但不受研究內(nèi)容和考核指標限制。

1. 關聯(lián)電子體系

1.1拓撲超導等關聯(lián)體系的量子態(tài)

研究內(nèi)容：拓撲超導等新型關聯(lián)體系的新奇量子態(tài)與相變，及量子態(tài)的多場調(diào)控。

考核指標：發(fā)現(xiàn)一種新的拓撲超導材料；利用界面工程構(gòu)筑二維拓撲超導等新型關聯(lián)體系；建立*端條件下硬點接觸和柵*調(diào)控等實驗技術，在非超導的關聯(lián)體系中調(diào)制出拓撲超導等非常規(guī)超導特性；揭示拓撲超導、高溫超導等關聯(lián)體系的新奇的量子相變特性，如量子格里菲斯（Griffith）奇異性；構(gòu)筑小量子*限的高質(zhì)量拓撲關聯(lián)體系，揭示離散標度不變性、對數(shù)量子振蕩等新奇量子有序態(tài)與量子規(guī)律。

1.2綜合*端條件下的新型關聯(lián)電子體系

研究內(nèi)容：綜合*端條件下新型關聯(lián)電子材料體系的制備，奇異的量子演生現(xiàn)象和物性的多場調(diào)控。

考核指標：揭示綜合*端條件導致的新奇量子演生現(xiàn)象；建立綜合*端條件下的新材料制備和表征技術，在10 GPa下合成出大于10 mm³的大體積單晶，以及在大于1 mm³的空間范圍實現(xiàn)15 GPa靜水壓下的綜合物性調(diào)控；構(gòu)筑面向應用的磁-電耦合新材料體系；制備新型的高軌道關聯(lián)電子體系，闡明由強自旋-軌道耦合造成的新奇量子效應和調(diào)控規(guī)律，建立系統(tǒng)的構(gòu)效關系。

2. 小量子體系

2.1新型二維量子功能材料和器件

研究內(nèi)容：二維原子晶體等原子/分子尺度新型量子功能材料的設計、可控生長、表征和功能調(diào)控，及原型量子器件的構(gòu)建。

考核指標：建立量子材料構(gòu)效關系新理論，設計數(shù)種具有新奇特性的二維原子晶體材料；建立高精度顯微結(jié)構(gòu)表征技術及局域譜學物性測量技術，實現(xiàn)毫電子伏能量分辨率上對量子材料的化學鍵合、電子結(jié)構(gòu)、自旋、磁相互作用等的實驗測量；構(gòu)筑基于新型量子材料的原型量子器件。

2.2高壓下的多尺度小量子復合體系

研究內(nèi)容：多尺度小量子復合體系的壓致新結(jié)構(gòu)、相變、量子效應，及量子限域體系界面的高壓調(diào)控。

考核指標：建立百萬大氣壓以上磁化率和低溫紅外高壓原位調(diào)控技術，及15 GPa、2000 ℃以上厘米級大腔體的制備技術；闡明高壓下的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，揭示壓致相變、壓致量子新效應及其機制；獲得高壓下轉(zhuǎn)變溫度超過百K的超導材料，韌性接近金屬、硬度與單晶金剛石相比擬的厘米級納米結(jié)構(gòu)超硬塊材；實現(xiàn)納米尺度小量子復合體系的致密化、塊材化，構(gòu)筑寬溫區(qū)和高性能熱電原型器件。

2.3分子體系磁性量子材料及器件

研究內(nèi)容：分子和離子體系磁性量子材料及器件的可控制備，量子態(tài)和性能調(diào)控。

考核指標：建立新型分子體系磁性量子材料的可控制備和調(diào)控技術，揭示材料結(jié)構(gòu)與功能的關系和調(diào)控機理；獲得二種以上新型分子體系磁性材料和磁結(jié)構(gòu)；闡明離子、分子及分子聚集體系自旋效應，建立相應的表征技術和評價方法；構(gòu)筑高密度、低能耗磁分子自旋電子存儲器件。

2.4量子結(jié)構(gòu)及量子效應器件

研究內(nèi)容：量子結(jié)構(gòu)和量子材料及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的輸運特性，以及基于量子效應的功能器件。

考核指標：揭示量子結(jié)構(gòu)和量子材料及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的新量子態(tài)，載流子及自旋輸運特性；建立量子結(jié)構(gòu)和量子材料中新量子態(tài)和輸運特性的表征技術，以及多場調(diào)控技術；制備出具有新奇量子效應的功能結(jié)構(gòu)和新材料；構(gòu)筑具有新量子效應的原型器件，并實現(xiàn)新型器件的功能演示。

3. 人工帶隙體系

3.1基于人工微結(jié)構(gòu)的中紅外光電耦合

研究內(nèi)容：表面等離激元結(jié)構(gòu)和超構(gòu)材料等人工微結(jié)構(gòu)對中紅外光電耦合的調(diào)控機理，及集成的高靈敏中紅外探測器的研制。

考核指標：闡明人工微結(jié)構(gòu)對中紅外光電耦合的調(diào)控、光電轉(zhuǎn)換增強與背景噪聲抑制機理；構(gòu)筑人工微結(jié)構(gòu)與中紅外半導體材料的集成結(jié)構(gòu)；獲得高品質(zhì)中紅外雪崩單光子探測材料，其暗電流比傳統(tǒng)材料低一個量級（≤50 A/cm²）、雪崩增益提高一個量級（增益≥100）；實現(xiàn)人工微結(jié)構(gòu)集成的中紅外雪崩探測原型器件及焦平面陣列（芯片規(guī)模≥64×64）。

3.2新型超快光場的相干調(diào)控

研究內(nèi)容：光子與微納結(jié)構(gòu)量子態(tài)的耦合效應，及新型超快光場的相干調(diào)控。

考核指標：建立超快相干光場的兆赫茲高速調(diào)制技術，及從紫外到近紅外寬波段、百兆赫茲的超快光場相干調(diào)制技術；實現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)超快調(diào)制光場作用下電子態(tài)的阿秒時間演化過程測量與控制；揭示超快調(diào)制光場與微納結(jié)構(gòu)量子態(tài)耦合新效應以及電子關聯(lián)；實現(xiàn)基于微腔中激子*化激元玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)的*低閾值電泵浦激射。

4. 量子通信

4.1基于高速編碼和芯片化集成的城域量子保密通信關鍵技術研究

研究內(nèi)容：高速、高成碼率、適應強干擾的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)技術，以及芯片化集成的量子密鑰發(fā)射和接收系統(tǒng)研究。

考核指標：量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)工作頻率≥5GHz，成碼率≥3Mbps（50km標準通信光纖），系統(tǒng)誤碼變化量≤2%（信道隨機擾動1Hz~100Hz），執(zhí)行密鑰分發(fā)的時間占空比不低于90%；免誤碼監(jiān)測系統(tǒng)工作頻率≥2GHz，誤碼≥15%（50km標準通信光纖）時仍能生成安全密鑰；研制可支持動態(tài)功能配置、高速單元結(jié)構(gòu)切換的片上系統(tǒng)，實現(xiàn)≥1.25GHz 量子密鑰分發(fā)（QKD）系統(tǒng)的誘騙態(tài)調(diào)制、編碼調(diào)制、窄線寬濾波、低損耗接收、陣列化探測功能，成碼率≥500Kbps（20km標準通信光纖）。

5. 量子計算與模擬、量子精密測量

5.1異核量子簡并混合氣體多體效應研究

研究內(nèi)容：在異核量子簡并混合氣體中制備并研究雙超流、超固體等新奇量子物態(tài)及模擬*化子、近藤效應等多體效應。

考核指標：實現(xiàn)雙超流中量子渦旋晶格的原位觀測，探測量子渦旋的非平衡動力學行為；制備堿金屬與堿土、鑭系磁性金屬的量子簡并混合氣體，觀測費希巴赫（Feshbach）譜中的量子混沌現(xiàn)象，實現(xiàn)超固體、電荷密度波等奇異量子相；在含玻色原子的雙簡并量子氣體中實現(xiàn)強相互作用的玻色*化子，探測其準粒子的性質(zhì)和葉菲莫夫（Efimov）束縛態(tài)對*化子的影響；在異核量子簡并混合氣中，實現(xiàn)安德森局域化、近藤效應和近藤晶格，觀測量子臨界點行為，模擬重費米氣等多體量子效應。

5.2基于金剛石色心的量子相干控制及應用

研究內(nèi)容：基于金剛石色心自旋的量子調(diào)控及其在量子計算與量子精密測量中的應用。

考核指標：實現(xiàn)金剛石色心體系8-16個量子比特的相干操控和量子糾纏，量子比特相干存貯時間≥1秒，量子糾纏存貯時間≥100毫秒，普適量子邏輯門保真度≥99.9%，單比特量子邏輯門保真度≥99.99%；驗證量子指數(shù)加速，實現(xiàn)對拓撲材料、復雜分子等量子物理及量子化學的實驗量子模擬；實現(xiàn)單分子磁共振譜學，空間分辨率優(yōu)于1納米、靈敏度優(yōu)于1皮特斯拉*赫茲^-1/2，實現(xiàn)低維量子材料的原子尺度磁共振成像，分辨率達到1個玻爾磁子。

5.3量子程序設計理論、方法與工具

研究內(nèi)容：能夠充分發(fā)揮量子計算特有優(yōu)勢的量子程序設計模型、理論和方法，并開發(fā)相應的工具，以及機器學習的量子算法及其應用。

考核指標：系統(tǒng)地建立量子程序設計（包括并行與分布式）理論；實現(xiàn)一個量子程序設計環(huán)境（包括程序設計語言、編譯系統(tǒng)及程序分析、驗證工具），在一些方面優(yōu)于國外已有的工具，適用于國內(nèi)的量子計算機；實現(xiàn)一個量子電路模擬工具，可在超級計算機上模擬46個量子比特，應用于國內(nèi)量子芯片設計；研究私密保護的數(shù)據(jù)分析量子算法、多體（物理、化學）系統(tǒng)模擬量子算法，使國內(nèi)的量子計算機在這些領域得到實際應用。

 

 

 

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