PDF《“量子调控与量子信息”重点专项 2019 年度项目申报指南》

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1 ― 附件

4 量子调控与量子信息 重点专项

2019 年度项目申报指南 量子调控与量子信息 重点专项的总体目标是瞄准我国未来 信息技术和社会发展的重大需求,围绕量子调控与量子信息领域 的重大科学问题和瓶颈技术,开展基础性、战略性和前瞻性探索 研究和关键技术攻关,产生一批原创性的具有重要意义和重要国 际影响的研究成果,并在若干方面将研究成果转化为可预期的具 有市场价值的产品,为我国在未来的国际战略竞争中抢占核心技 术的制高点打下坚实基础.

本专项鼓励和倡导原始创新,并积极推动应用研究,力争在 新原理原型器件等方面取得突破,向功能化集成和实用化方向推 进.量子调控研究的目标是认识和了解量子世界的基本现象和规 律,通过开发新材料、构筑新结构、发现新物态以及施加外场等 手段对量子过程进行调控和开发, 在关联电子体系、 小量子体系、 人工带隙体系等重要研究方向上建立突破经典调控极限的全新量 子调控技术.量子信息研究的目标是在量子通信的核心技术、材料、器件、工艺等方面突破一系列关键瓶颈,初步具备构建空地 ―

2 ― 一体广域量子通信网络的能力,实现量子相干和量子纠缠的长时 间保持和高精度操纵,实现可扩展的量子信息处理,并应用于大 尺度的量子计算、量子模拟和量子精密测量. 量子调控与量子信息 重点专项将部署

6 个方面的研究任 务:1.关联电子体系;

2.小量子体系;

3.人工带隙体系;

4.量子通 信;

5.量子计算与模拟;

6.量子精密测量. 2016―2018 年, 量子调控与量子信息重点专项围绕以上主要 任务,共立项支持

76 个研究项目(其中青年科学家项目

25 项) . 根据专项实施方案和 十三五 期间有关部署,2019 年, 量子调 控与量子信息 重点专项将围绕关联电子体系、 小量子体系、 量子 计算与模拟以及量子精密测量等方面继续部署项目,拟优先支持

5 个研究方向.同一指南方向下,原则上只支持

1 项,仅在申报 项目评审结果相近,技术路线明显不同时,可同时支持

2 项,并 建立动态调整机制,根据中期评估结果,再择优继续支持.国拨 经费总概算 1.6 亿元(其中,拟支持青年科学家项目不超过

6 个, 国拨经费总概算不超过

3000 万元) . 申报单位根据指南支持方向,面向解决重大科学问题和突破 关键技术进行一体化设计.鼓励围绕一个重大科学问题或重要应 用目标,从基础研究到应用研究全链条组织项目.鼓励依托国家 ―

3 ― 重点实验室等重要科研基地组织项目.项目应整体申报,须覆盖 相应指南方向的全部考核指标. 项目执行期一般为

5 年.一般项目下设课题数原则上不超过

4 个,每个项目所含单位总数不超过

4 家. 青年科学家项目可参考指南支持方向组织项目申报,但不受 研究内容和考核指标限制. 1.关联电子体系 1.1 自旋超导等新型关联体系的量子态 研究内容:自旋超导等新型关联体系的新奇量子态调控,及 拓扑量子态的多场调控. 考核指标:发现一种新的自旋超导材料;

利用界面工程构筑 二维自旋超导等新型关联量子态;

通过分子束外延、 原子层堆垛、 原子插层、栅极调控等实验技术,在低维异质结构中调制出自旋 超导等非常规超导态及非平庸拓扑态;

揭示自旋超导等关联体系 的新奇量子相变特性,建立自旋超导的探测与调控技术;

构筑高 品质人工拓扑结构并揭示其拓扑态的量子规律. 2.小量子体系 2.1 新型低维量子体系的多场调控 ―

4 ― 研究内容:新型低维量子体系的精准制备、新奇物性及其多 场调控. 考核指标:制备超越石墨烯的新型二维原子晶体如硅烯、锗烯、铪烯等,及新型多功能钙钛矿氧化物低维体系;

构筑高品质 多自由度耦合的新型二维多元原子晶体体系和低维分子晶体材 料;

揭示新型低维量子材料的新奇物性和功能,建立量子态的多 场调控技术;

基于新奇物性,构造具有新输运特性的原型量子器 件. 2.2 马约拉纳零能模的构筑与操控 研究内容:马约拉纳零能模的构筑、探测、编织与融合,及 其非阿贝尔统计特性. 考核指标:制备具有马约拉纳零能模的高品质人造拓扑超导 材料、二维新型电子材料和多体相互作用材料;

建立单个马约拉 纳零能模的探测和操控技术,实现两个马约拉纳零能模的融合与 编织;

揭示多个马约拉纳零能模的新奇现象以及非阿贝尔统计特 性;

探索发现拓扑任意子新材料,构筑拓扑量子比特. 3.量子计算与模拟 3.1 光学量子计算 ―

5 ― 研究内容: 发展具有高效率和高品质的量子光源和量子线路, 实现在特定问题方面超越经典计算能力的量子模拟机. 考核指标:研制同时满足双光子纠缠对比度优于 99%、光子 对收集效率优于 95%、全同性优于 95%的双光子纠缠源;

研制能 同时满足全同性优于 98%、单光子纯度优于 99%、单模光纤耦合 的单光子最终系统效率优于 60%的单光子源.研制耦合损耗低于 8%、 单路线路损耗低于 2%、 可支持模式数达到

60 以上的光学线 路.在此基础上,实现 20~30 个高品质单光子的相干操纵和量子 纠缠, 在玻色取样等特定问题上超越商用计算机的经典计算能力. 基于激光直写, 实现模式数超过

1000 的三维集成光学波导. 研究 和推广各种模拟量子计算算法到实际问题的映射和应用. 4.量子精密测量 4.1 原子分子瞬态量子过程的精密测量 研究内容:建立超宽谱段超快光场技术及阿秒时间分辨测量 技术,发展光子、电子和离子的多维关联谱学新方法,开展原子 分子飞秒、阿秒瞬态过程和量子多体过程的精密测量,揭示原子 分子多体关联动力学规律和调控机理. 考核指标:提供新的电子、离子、光子多维关联测量实验技 术和理论方法;

利用太赫兹、红外至软 X 射线波段超快光脉冲实 ―

6 ― 现多谱段关联、多自由度耦合的量子相干性传递和原子分子多体 关联动量符合测量;

实现原子分子内壳层、价壳层瞬态与耦合量 子过程亚埃空间分辨和

10 阿秒时间分辨的精密测量;

发展含时多 体散射矩阵理论和含时多组态 Hartree-Fock 计算方法,研制完成 具有自主知识产权的计算软件. ........