國科發資〔2017〕298號附件2

 

 

“量子調控與量子信息”重點專項

2018年度項目咨詢指南

 

“量子調控與量子信息”重點專項的總體目標是瞄準我國未來信息技術和社會發展的重大需求，圍繞量子調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、戰略性和前瞻性探索研究和關鍵技術攻關，產生一批原創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化為可預期的具有市場價值的產品，為我國在未來的國際戰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。量子調控研究的目標是認識和了解量子世界的基本現象和規律，通過開發新材料、構筑新結構、發現新物態以及施加外場等手段對量子過程進行調控和開發，在關聯電子體系、小量子體系、人工帶隙體系等重要研究方向上建立突破經典調控*限的全新量子調控技術。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，初步具備構建空地一體廣域量子通信網絡的能力，實現量子相干和量子糾纏的長時間保持和高精度操縱，實現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）。根據專項實施方案和“十三五”期間有關部署，2018年，量子調控與量子信息重點專項將圍繞關聯電子體系、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部署項目，擬優先支持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果相近，技術路線明顯不同，可同時支持2項，并建立動態調整機制，根據中期評估結果，再擇優繼續支持。國撥總經費3億元（其中，擬支持青年科學家項目不超過10個，國撥總經費不超過5000萬元）。

申報單位根據指南支持方向，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。

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

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

1. 關聯電子體系

1.1拓撲超導等關聯體系的量子態

研究內容：拓撲超導等新型關聯體系的新奇量子態與相變，及量子態的多場調控。

考核指標：發現一種新的拓撲超導材料；利用界面工程構筑二維拓撲超導等新型關聯體系；建立*端條件下硬點接觸和柵*調控等實驗技術，在非超導的關聯體系中調制出拓撲超導等非常規超導特性；揭示拓撲超導、高溫超導等關聯體系的新奇的量子相變特性，如量子格里菲斯（Griffith）奇異性；構筑小量子*限的高質量拓撲關聯體系，揭示離散標度不變性、對數量子振蕩等新奇量子有序態與量子規律。

1.2綜合*端條件下的新型關聯電子體系

研究內容：綜合*端條件下新型關聯電子材料體系的制備，奇異的量子演生現象和物性的多場調控。

考核指標：揭示綜合*端條件導致的新奇量子演生現象；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15 GPa靜水壓下的綜合物性調控；構筑面向應用的磁-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控規律，建立系統的構效關系。

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、表征和功能調控，及原型量子器件的構建。

考核指標：建立量子材料構效關系新理論，設計數種具有新奇特性的二維原子晶體材料；建立高精度顯微結構表征技術及局域譜學物性測量技術，實現毫電子伏能量分辨率上對量子材料的化學鍵合、電子結構、自旋、磁相互作用等的實驗測量；構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

研究內容：多尺度小量子復合體系的壓致新結構、相變、量子效應，及量子限域體系界面的高壓調控。

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；闡明高壓下的結構變化規律，揭示壓致相變、壓致量子新效應及其機制；獲得高壓下轉變溫度超過百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構超硬塊材；實現納米尺度小量子復合體系的致密化、塊材化，構筑寬溫區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，量子態和性能調控。

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控技術，揭示材料結構與功能的關系和調控機理；獲得二種以上新型分子體系磁性材料和磁結構；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；構筑高密度、低能耗磁分子自旋電子存儲器件。

2.4量子結構及量子效應器件

研究內容：量子結構和量子材料及其異質結構的輸運特性，以及基于量子效應的功能器件。

考核指標：揭示量子結構和量子材料及其異質結構的新量子態，載流子及自旋輸運特性；建立量子結構和量子材料中新量子態和輸運特性的表征技術，以及多場調控技術；制備出具有新奇量子效應的功能結構和新材料；構筑具有新量子效應的原型器件，并實現新型器件的功能演示。

3. 人工帶隙體系

3.1基于人工微結構的中紅外光電耦合

研究內容：表面等離激元結構和超構材料等人工微結構對中紅外光電耦合的調控機理，及集成的高靈敏中紅外探測器的研制。

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

3.2新型超快光場的相干調控

研究內容：光子與微納結構量子態的耦合效應，及新型超快光場的相干調控。

考核指標：建立超快相干光場的兆赫茲高速調制技術，及從紫外到近紅外寬波段、百兆赫茲的超快光場相干調制技術；實現微納結構超快調制光場作用下電子態的阿秒時間演化過程測量與控制；揭示超快調制光場與微納結構量子態耦合新效應以及電子關聯；實現基于微腔中激子*化激元玻色-愛因斯坦凝聚態的*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

研究內容：高速、高成碼率、適應強干擾的量子密鑰分發系統的實現技術，以及芯片化集成的量子密鑰發射和接收系統研究。

考核指標：量子密鑰分發系統工作頻率≥5GHz，成碼率≥3Mbps（50km標準通信光纖），系統誤碼變化量≤2%（信道隨機擾動1Hz~100Hz），執行密鑰分發的時間占空比不低于90%；免誤碼監測系統工作頻率≥2GHz，誤碼≥15%（50km標準通信光纖）時仍能生成安全密鑰；研制可支持動態功能配置、高速單元結構切換的片上系統，實現≥1.25GHz 量子密鑰分發（QKD）系統的誘騙態調制、編碼調制、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及模擬*化子、近藤效應等多體效應。

考核指標：實現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）譜中的量子混沌現象，實現超固體、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強相互作用的玻色*化子，探測其準粒子的性質和葉菲莫夫（Efimov）束縛態對*化子的影響；在異核量子簡并混合氣中，實現安德森局域化、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

研究內容：基于金剛石色心自旋的量子調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%；驗證量子指數加速，實現對拓撲材料、復雜分子等量子物理及量子化學的實驗量子模擬；實現單分子磁共振譜學，空間分辨率優于1納米、靈敏度優于1皮特斯拉*赫茲^-1/2，實現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

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

考核指標：系統地建立量子程序設計（包括并行與分布式）理論；實現一個量子程序設計環境（包括程序設計語言、編譯系統及程序分析、驗證工具），在一些方面優于國外已有的工具，適用于國內的量子計算機；實現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，應用于國內量子芯片設計；研究私密保護的數據分析量子算法、多體（物理、化學）系統模擬量子算法，使國內的量子計算機在這些領域得到實際應用。

 

 

 

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