單量子態的探測及相互作用

單量子態的探測及相互作用為國家自然科學基金委員會重大研究計畫項目。 4．量子態相互作用的建模與數值計算 2．單量子態的精密探測的新原理、新方法

單量子態的探測及相互作用為國家自然科學基金委員會重大研究計畫項目。
自量子力學誕生以來，人們對微觀世界運動規律的認識不斷加深，從而極大地推動了現代科學和技術的發展。但迄今為止，這種認識在很大程度上還帶有統計性，特別是對單量子態精密檢測和相互作用的研究還比較薄弱。這不僅影響了以量子力學為核心的當代物理學的發展，而且也影響了其他學科的發展。近年來，隨著實驗精度和技術控制能力的不斷提高，人們可能構築一些單量子態體系並直接探測其物理特性，這方面的研究以及它與信息、材料、能源和化學學科的交叉發展孕育著重大科學的突破。
所謂單量子態，是指量子體系中的單光子、單電子、單原子、單分子、凝聚態物質中的準粒子等單粒子量子態，以及多粒子所形成的巨觀量子態（如玻色-愛因斯坦凝聚態、超導或超流量子態）等。本重大研究計畫旨在通過物理、化學等手段製備相關的材料和體系，構築單粒子量子態和巨觀量子態並直接探測其量子態與量子效應，理解和掌握量子態的特性和量子過程的基本規律，發展新的量子器件構築技術和量子探測手段，探索在信息和能源技術中的潛在套用，提升我國在物理、化學、信息等領域基礎研究的水平，解決國家重大需求中的一些基礎科學與關鍵技術問題。
一、科學目標
（1）發展製備相關材料和體系的物理、化學方法和技術，構築高品質量子結構。開拓與發展新的精密測量方法，在單量子態水平上理解有關現象和過程的機理。通過對單量子態探測及量子態間相互作用研究，發現若干新奇量子效應。
（2）為量子效應在信息、能源與環境等重大科學問題研究中的套用提供堅實的物理基礎，為國民經濟的跨越式可持續發展和國家安全提供基礎性和前瞻性的科學技術儲備。
（3）逐步形成具有國際影響的學派，同時造就出一支高水平的、結構合理的研究隊伍，特別是培養一批精於實驗科學的優秀青年學者，提升我國實驗科學的競爭力和地位。
二、核心科學問題
1．相關材料的物理、化學製備，構築單量子態體系
2．單量子態體系的特性及其精密探測
3．量子態與環境以及量子態之間的相互作用
4．量子態相互作用的建模與數值計算
三、2011年度重點資助的研究方向
2011年度本重大研究計畫鼓勵科學家在以下資助方向內選擇具體科學問題，開展創新性研究。
1．單量子態體系的構築
單電子態、單光子態、單自旋態、單分子的振動和轉動量子態、軌道量子態等單量子態的構築與相關材料的製備；超冷原子、超冷分子體系的新現象、新效應。
2．單量子態的精密探測的新原理、新方法
單原子、單分子尺度上的時間、空間和能量高分辨高靈敏的能譜學和光譜學的原理和技術；自旋分辨的能譜、波譜、掃描探針及其綜合探測方法；單分子的振動、轉動和自旋單量子態的測控及其超快動力學。
3．量子態間的耦合及與環境的相互作用
受限體系中的耦合及糾纏量子態的製備與探測；不同分子量子態化學反應和能量傳遞通道的選控；量子比特的集成和相干操縱；表面等離激元的產生、傳輸及與單量子態的相互作用；單量子態的外場操控。
4．凝聚態物質中的巨觀量子效應
巨觀量子體系中的新現象、新效應的探索；新型巨觀量子體系的製備與表征；多種有序態競爭及量子相變、量子霍耳效應與拓撲激發；表面/界面單量子態的新量子效應與量子輸運。
5．量子態相互作用的建模與數值計算
單量子態及其相互作用的基本規律及其理論；與單量子態製備、檢測與特性相關的理論模型與計算方法；超越單粒子近似的新的計算方法。
本重大研究計畫總經費為1.5億元，預計執行期為8年，立項資助工作主要在前5年進行。2011年度擬安排項目經費約4 000萬元。“重點支持項目”平均資助強度約為350萬～400萬元/4年，“培育項目”平均資助強度約為80萬元/3年。
2010年度本研究計畫共受理申請65項，其中“培育項目”45項，“重點支持項目”20項。經專家評審，資助“重點支持項目”7項、“培育項目”15項，資助經費3 100萬元。
四、遴選項目原則
（1）立足實驗，密切圍繞單量子態體系的材料製備與探測的新概念、新方法；
（2）能有力推動國內實驗工作發展的理論與模擬；
（3）具有創新學術思想和合理的技術路線；
（4）具有相關研究的基礎條件和工作積累；
（5）能夠加速重大研究計畫總體進展和對認識核心科學問題起重要作用。
五、申請注意事項
（1）申請人在撰寫申請書前，應認真閱讀本《指南》。擬開展的研究應針對本年度重點資助的研究方向，體現重大研究計畫“創新性、基礎性、前瞻性、交叉性”的研究特徵，突出有限目標和重點突破，明確對實現研究計畫總體目標和解決核心科學問題的貢獻。不符合《指南》的申請將不予受理。
（2）根據重點資助的研究方向，申請人可自主擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線和相應的經費預算。
（3）申請書中的資助類別選擇“重大研究計畫”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附註說明選擇“單量子態的探測及相互作用”（以上選擇不準確或未選擇的項目申請將不予受理）。根據申請的具體研究內容選擇相應的申請代碼，即可選擇數理科學部、化學科學部、工程與材料科學部和信息科學部相應研究領域的申請代碼。
（4）申請書由數理科學部負責受理。