17“飛秒激光直寫光量子集成芯片基礎(chǔ)研究”重大項目指南_218doc

1、附件17“飛秒激光直寫光量子集成芯片基礎(chǔ)研究”重大項目指南量子信息技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了早期的理論與基本原理驗證，以及隨后簡單量子比特操作的實驗演示，正在由物理實現(xiàn)邁向原型器件制備的新階段。量子信息系統(tǒng)的固態(tài)器件化、小型化和芯片集成可能是量子信息技術(shù)走向廣泛應(yīng)用的必由途徑。在當(dāng)前各種微納制備技術(shù)中，飛秒激光直寫技術(shù)由于其內(nèi)稟的高精度三維加工能力受到廣泛重視，量子隨機行走、玻色子采樣和量子模擬等大量重要的光量子信息操作原理驗證器件都是利用飛秒激光直寫技術(shù)制備的。但面向具有實用前景的光量子集成芯片的要求，飛秒激光直寫技術(shù)制備的器件本身還面臨損耗、精度和三維拓?fù)涞汝P(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題的挑戰(zhàn)。、科學(xué)目標(biāo)光量

2、子集成芯片需要對光子比特執(zhí)行高精度操作，對飛秒激光直寫技術(shù)提出了前所未有的新挑戰(zhàn)，只有從超快激光與物質(zhì)相互作用規(guī)律的深刻認(rèn)識和新原理調(diào)控入手，才可能解決激光直寫技術(shù)制備器件的損耗、精度和三維拓?fù)涞汝P(guān)鍵問題；而量子光學(xué)系統(tǒng)從自由空間走向芯片，在完全不同的空間尺度和介質(zhì)環(huán)境下完成多種量子信息操作，也面臨著從器件光學(xué)功能實現(xiàn)到集成技術(shù)原理的前沿探索。針對以上問題，本項目聚焦飛秒光場與材料動態(tài)相互作用的靶向調(diào)控，和芯片內(nèi)光量子態(tài)輸運操控問題開展研究，由此實現(xiàn)高可見度的光子干涉、高效的光子與腔模耦合以及高保真度的量子操作等集成光量子器件的關(guān)鍵性能，為基于飛秒激光直寫的光量子芯片集成解決共性關(guān)鍵問題。二、

3、研究內(nèi)容（一）功能化量子芯片構(gòu)架設(shè)計與應(yīng)用。面向應(yīng)用于量子計算、量子通信、量子測量的共性關(guān)鍵器件需求，研究量子光學(xué)系統(tǒng)由光學(xué)平臺走向集成芯片面臨的新原理、新功能、架構(gòu)設(shè)計與不同功能器件的工藝兼容問題，為激光微納加工技術(shù)用于量子芯片制備與集成提供目標(biāo)牽引，演示3-5量子比特的量子信息處理芯片。（二）極低損耗光子傳輸與量子密鑰分發(fā)器。澄清直寫波導(dǎo)中的散射損耗、吸收損耗、界面損耗等納微觀損耗機制；利用微納腔等機制實現(xiàn)高曲率下的低損耗光傳輸；利用空間光調(diào)制、光束空間整形和光場時域裁剪等技術(shù)，實現(xiàn)極低吸收和損耗。以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn)高質(zhì)量量子密鑰分發(fā)器件。（三）超高精度激光直寫與量子門操作。利用光子自旋與軌

4、道角動量耦合等量子機制調(diào)控光與物質(zhì)相互作用，實現(xiàn)焦斑內(nèi)光強、自旋、相位等參數(shù)多維度分布裁剪;研究激光直寫器件尺度、造型精度、空間布位精度、激光改性區(qū)域折射率及其均勻性的納米調(diào)控新技術(shù)，以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn)高保真度多比特量子門操作。2（四）真三維結(jié)構(gòu)拓?fù)渑c玻色采樣。研究光與物質(zhì)相互作用非線性增強的新機制，探索適于納米加工與量子應(yīng)用的功能材料體系；探索三維電極，空間局域化調(diào)控新技術(shù)，實現(xiàn)多路光學(xué)部件立體集成新原理、新工藝。以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn)多維對稱光路及其三維調(diào)制，實現(xiàn)三維玻色采樣。三、資助期限5年（2016年1月至2020年12月）四、資助直接費用1700萬元五、申請注意事項（一）申請書的附注說明選擇“飛秒激光直寫光量子集成芯片基礎(chǔ)研究”（以上選擇不準(zhǔn)確或未選擇的項目申