“量子調(diào)控與量子信息”重點專項2016年度項目申報指南匯編

1、附件2“量子調(diào)控與量子信息，重點專項2016年度項目申報指南“量子調(diào)控與量子信息”重點專項的總體目標(biāo)是瞄準(zhǔn)我國未 來信息技術(shù)和社會發(fā)展的重大需求，圍繞量子調(diào)控與量子信息領(lǐng) 域的重大科學(xué)問題和瓶頸技術(shù)難題，培養(yǎng)和造就一批具有國際競 爭力和影響力的研究團隊，開展基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和前瞻性探索研 究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，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(yù)期的具有 市場價值的產(chǎn)品，為構(gòu)筑具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的量子調(diào)控與量 子信息技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)，以及推動我國量子信息技術(shù)的實用化做 出重要貢獻，為我國在未來的國際戰(zhàn)略競爭中搶占核心技術(shù)的制 高點打下堅實基礎(chǔ)。本專

2、項將對我國有優(yōu)勢和引領(lǐng)作用的研究方向如新型超導(dǎo)、 拓?fù)鋺B(tài)、量子通信等強化支持力度，對我國比較薄弱但亟待加強 的重要研究方向進行特殊支持。積極鼓勵和倡導(dǎo)原始創(chuàng)新，力爭 在國際上形成以我國為主導(dǎo)的研究新方向。除開展基礎(chǔ)研究外， 還要積極推動應(yīng)用研究，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)控前沿基礎(chǔ)研究的目標(biāo)是 認(rèn)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(guān)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)控極限的全新量子調(diào)控技術(shù)。量子信息基 礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的目標(biāo)是在量

3、子通信的核心技術(shù)材料、器件、 工藝等方面突破一系列關(guān)鍵瓶頸，初步具備構(gòu)建空地一體廣域量 子通信網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用于大尺度的量子 計算和量子模擬以及量子精密測量?！傲孔诱{(diào)控與量子信息”重點專項將部署個方面的研究任 務(wù)：1.關(guān)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。根據(jù)專項實施方案和“十二五”期間有關(guān)部署2016年優(yōu)先 支持15個研究方向。申報單位針對重要支持方向，面向解決重大 科學(xué)問題和突破關(guān)鍵技術(shù)進行一體化設(shè)計，組織申報項目。鼓勵 圍繞一個重大科學(xué)問題或重要應(yīng)

4、用目標(biāo)，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究 全鏈條組織項目。鼓勵依托國家實驗室、國家重點實驗室等重要 科研基地組織項目。項目執(zhí)行期一般為5年。為保證研究隊伍有效合作、提高效 率，項目下設(shè)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)。所有重要支持方向均受理青年科學(xué)家項目申請。關(guān)聯(lián)電子體系1.1多種量子有序態(tài)的競爭與調(diào)控研究內(nèi)容：關(guān)聯(lián)電子體系中多種量子序的競爭和量子序在外 場下的調(diào)控及物理機制。考核指標(biāo)：發(fā)現(xiàn)過渡族和稀土化合物等窄能帶功能材料新體 系；揭示關(guān)聯(lián)電子體系中電荷、自旋、軌道等宏觀量子序的共存 和競爭的微觀機理，以及導(dǎo)致的新奇量子效應(yīng);確定其物理相圖， 建立對這些量子序及新奇量子效應(yīng)的多

5、場調(diào)控技術(shù)；發(fā)現(xiàn)具有新 奇量子效應(yīng)的新材料，構(gòu)筑基于量子有序態(tài)調(diào)控的原型器件。1.2新型高溫超導(dǎo)和非常規(guī)超導(dǎo)材料研究內(nèi)容：新型高溫超導(dǎo)和非常規(guī)超導(dǎo)材料的制備、新奇物 性及超導(dǎo)機理?？己酥笜?biāo)：構(gòu)筑新型高溫超導(dǎo)和界面超導(dǎo)材料，獲得超導(dǎo)轉(zhuǎn) 變溫度高于液氦的超導(dǎo)新材料；揭示高溫超導(dǎo)和界面超導(dǎo)電性的 機理；構(gòu)筑具有新奇物性的非常規(guī)超導(dǎo)材料；建立非常規(guī)超導(dǎo)反 常物性與超導(dǎo)電性的調(diào)控技術(shù)。1.3自旋阻挫和自旋液體研究內(nèi)容：量子自旋阻挫體系和自旋液體的物理性質(zhì)?？己酥笜?biāo)：揭示自旋阻挫和自旋液體量子材料體系中的新奇 現(xiàn)象；發(fā)現(xiàn)新的自旋阻挫和量子自旋液體材料，推動基于新現(xiàn)象 的新應(yīng)用；建立對新奇物性調(diào)控的新技術(shù)。

6、小量子體系2.1拓?fù)淞孔硬牧?、物性與器件研究內(nèi)容：設(shè)計、預(yù)言和合成新型拓?fù)淞孔硬牧希芯科湫?奇量子物態(tài)和拓?fù)淞孔酉嘧?，探索新型拓?fù)潆娮訉W(xué)原型器件?？己酥笜?biāo)：發(fā)現(xiàn)幾種面向應(yīng)用、性能更優(yōu)的新型拓?fù)淞孔硬?料；制備出幾類具有潛在應(yīng)用價值的新型拓?fù)潆娮訉W(xué)原型器件； 利用極低溫、強磁場、高壓等綜合極端條件以及微納器件加工技 術(shù)實現(xiàn)對拓?fù)淞孔游飸B(tài)的多參量調(diào)控，揭示拓?fù)淞孔游飸B(tài)及其相 變的一般規(guī)律。通過理論預(yù)測、材料生長、器件探索方面的全鏈 條設(shè)計，實現(xiàn)國際引領(lǐng)。2.2新型磁性材料、磁結(jié)構(gòu)和自旋電子學(xué)研究內(nèi)容：新型磁性材料、磁結(jié)構(gòu)和自旋極化、自旋流的檢 測和調(diào)控。考核指標(biāo)：發(fā)現(xiàn)若干新型磁性材料和磁結(jié)構(gòu)；建

7、立新表征技 術(shù)；闡明單原子、單分子自旋效應(yīng)，構(gòu)筑高密度、低能耗磁存儲 器件；建立與半導(dǎo)體技術(shù)兼容的自旋極化電流和自旋流的產(chǎn)生、 輸運、檢測及調(diào)控新技術(shù)；構(gòu)筑自旋電子學(xué)器件。2.3受限和外場下小量子體系研究內(nèi)容：受限體系特別是單原子單分子、單電子、單光子、 單自旋和單激發(fā)態(tài)等單量子態(tài)的檢測和操控，輕元素原子核量子 態(tài)的檢測與操控，小量子體系對局域場等外場的響應(yīng)及量子態(tài)調(diào) 控?？己酥笜?biāo)：構(gòu)筑新型小量子體系，建立單量子態(tài)的高靈敏檢 測技術(shù)；建立單量子態(tài)包括輕元素原子核的高效調(diào)控技術(shù)；建立 局域場和小量子體系作用的理論和計算新方法；發(fā)展局域場譜學(xué) 新技術(shù)，提出新概念，揭示新現(xiàn)象；構(gòu)筑新原理原型器件，發(fā)

8、展 新型單光子光源。人工帶隙體系3.1新型人工帶隙材料和器件研究內(nèi)容：基于光子能帶與帶隙調(diào)控的新材料和新器件?？己酥笜?biāo)：揭示人工帶隙材料光子能帶和帶隙的調(diào)控機理， 發(fā)現(xiàn)所獨有的新現(xiàn)象和效應(yīng)；發(fā)展新型設(shè)計方法，建立制備和表 征關(guān)鍵技術(shù)；制備具有特殊傳播特性的新材料，實現(xiàn)具有發(fā)射特 性高效可調(diào)的新器件。3.2微腔與量子態(tài)的耦合研究內(nèi)容：微腔與各種量子態(tài)的耦合及導(dǎo)致的新效應(yīng)。考核指標(biāo)：建立高品質(zhì)因子微腔的制備方法以及與量子態(tài)的 可控耦合技術(shù)；闡明微腔與各種量子態(tài)相互作用的調(diào)控機理、方 法和技術(shù)，揭示強耦合導(dǎo)致的新穎效應(yīng)和腔量子電動學(xué)效應(yīng)；建 立微腔與各種量子態(tài)的高效耦合和調(diào)控新技術(shù)制備新原理器件。量

9、子通信4.1可集成化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究內(nèi)容：支持城域量子通信組網(wǎng)的測量器件無關(guān)量子密鑰 分發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，滿足遠(yuǎn)距離量子中繼需求的冷原子量子存儲技術(shù)， 基于衛(wèi)星平臺的自由空間量子通信技術(shù)，滿足廣域量子通信網(wǎng)絡(luò) 需求的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心量子通信器件。考核指標(biāo)：發(fā)展6日2光注入激光器等關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合經(jīng)典全 光通信網(wǎng)絡(luò)，獲得基于測量器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)的最優(yōu)拓?fù)涑?域組網(wǎng)方式，并進行實驗演示；發(fā)展可以確定性地產(chǎn)生糾纏、具 備通訊波段接口的冷原子量子存儲技術(shù)，性能指標(biāo)滿足超越光纖 直接傳輸安全距離極限的遠(yuǎn)距（500公里）量子中繼需求；發(fā) 展基于太陽暗線量子光源、強背景聲隔離和抑制等關(guān)鍵技術(shù)，在

10、 星間量子通信和全天時衛(wèi)星量子通信技術(shù)上取得突破，初步形成 構(gòu)建空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系的能力；自主研發(fā)廣域量子 通信網(wǎng)絡(luò)所需的核心、器件，包括重復(fù)頻率超過GHz的基于InGaAsP/InP雪崩二極富探測效率超過20%，暗計數(shù)低于2Kcps）、 參量上轉(zhuǎn)換（探測效率超過50%，暗計數(shù)低于IKcps）、超導(dǎo)（探 測效率超過90%，暗計數(shù)低于IKcps）的單光子探測器等。5.量子計算與模擬5.1基于超冷原子氣體的量子模擬研究內(nèi)容：超冷玻色、費米量子氣體在人造規(guī)范勢與光晶格 中的拓?fù)浜投囿w量子效應(yīng)?？己酥笜?biāo)：在超冷玻色、費米量子氣體中設(shè)計新的拓?fù)湎到y(tǒng)， 探測其獨特的量子性質(zhì)，動態(tài)操控拓?fù)淞孔討B(tài)；

11、產(chǎn)生并探測量子 多體糾纏。為各類量子霍爾態(tài)和Majorana費米子等新奇量子態(tài)在 拓?fù)淞孔有畔⑴c量子計算方面的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。5.2半導(dǎo)體量子芯片研究內(nèi)容：半導(dǎo)體量子芯片研發(fā)的物理、材料和信息學(xué)基礎(chǔ)?？己酥笜?biāo)：探究和優(yōu)化擁有長量子相干特性的半導(dǎo)體量子比 特材料體系（如空穴載流子材料、無核自旋材料等）、編碼方式（如 新型準(zhǔn)平行能級、電荷比特、自旋比特等）和調(diào)控機理；構(gòu)造可 集成的基本量子邏輯單元庫；構(gòu)建多量子比特擴展的基本架構(gòu)， 探索與半導(dǎo)體系統(tǒng)兼容的飛行量子比特，實現(xiàn)半導(dǎo)體量子比特長 程耦合，獲得量子數(shù)據(jù)總線模型，為大規(guī)模集成化半導(dǎo)體量子芯 片的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。5.3超導(dǎo)量子芯片與量子混合系統(tǒng)研究

12、內(nèi)容：20個以上超導(dǎo)量子比特的量子芯片制備，多比特 高精度相干操縱及可擴展的量子模擬和量子計算?？己酥笜?biāo)：自主設(shè)計、制備并測試包含20個以上的超導(dǎo)量 子比特的芯片;獲得超過20微秒以上的退相干時間和99.9%以上 的邏輯門操作保真度；實現(xiàn)超導(dǎo)量子比特與長壽命量子存儲體系 的量子接口和多種物理體系的混合系統(tǒng)，通過光學(xué)、微波等手段 實現(xiàn)全方位調(diào)控；通過多個超導(dǎo)比特的糾纏操縱進行高復(fù)雜度的 量子模擬實驗；通過超越量子容錯閾值的量子邏輯門和量子糾錯 實現(xiàn)可容錯的量子計算。5.4離子阱量子計算研究內(nèi)容：基于囚禁離子的量子計算技術(shù)?？己酥笜?biāo)：在離子實驗系統(tǒng)中相干控制520個量子比特， 實現(xiàn)多比特量子糾纏和量子算法演示；將單比特量子邏輯門保真 度提高到99.99%以上，雙比特量子邏輯門保真度提高到到99%，超 越容錯量子計算的閾值要求；將單離子量子比特的相干時間提高 到1000秒;發(fā)展刀片離子阱以及新型更容易擴展集成的離子阱的 制備技術(shù)與加工工藝，實現(xiàn)不同種離子的混合囚禁系統(tǒng)，以延長 相干時間和量子邏輯門保真度。6.量子精密測量6.1基于原子與光子相干性的量子精密測量研究內(nèi)容：光子一原子耦合新機理，光子一原子關(guān)聯(lián)量子干 涉技術(shù)。考核指標(biāo)：實現(xiàn)新型光子與原子量子態(tài)源，獲得突破傳統(tǒng)測 量技術(shù)極限的新型量子精密測量技術(shù)，實現(xiàn)新型原子干涉儀、光 子一原子混合量子干涉儀、冷原子干涉儀，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動和重力