規劃內容
簡介
科技部關於印發納米研究等6個國家重大科學研究計畫“十二五”專項規劃的通知
國科發基〔2012〕627號
各省、自治區、直轄市、計畫單列市科技廳（委、局），新疆生產建設兵團科技局，國務院各有關部門辦公廳：
為深入實施《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》，推進國家重大科學研究計畫，根據《國家“十二五”科學和技術發展規劃》和《國家基礎研究發展“十二五”專項規劃》，科技部組織編制了納米研究、量子調控研究、蛋白質研究、發育與生殖研究、幹細胞研究、全球變化研究6個國家重大科學研究計畫“十二五”專項規劃（見附屬檔案）。現印發你們，請結合本地區、本部門的實際情況，做好落實工作。
附屬檔案：1. 納米研究國家重大科學研究計畫“十二五”專項規劃（略）
2. 量子調控研究國家重大科學研究計畫“十二五”專項規劃
3. 蛋白質研究國家重大科學研究計畫“十二五”專項規劃（略）
4. 發育與生殖研究國家重大科學研究計畫“十二五”專項規劃（略）
5. 幹細胞研究國家重大科學研究計畫“十二五”專項規劃（略）
6. 全球變化研究國家重大科學研究計畫“十二五”專項規劃（略）
中華人民共和國科學技術部
二O一二年五月十四日
量子調控研究國家重大科學研究計畫“十二五”專項規劃
形勢與需求
上世紀初量子力學的創立使人類深刻地認識到微觀世界存在著豐富的量子效應，極大推動了物理、化學、材料、生物等學科的發展，徹底改變了人類對自然的認知。量子理論的發展導致了以大規模積體電路為基礎的計算機技術和以雷射為基礎的現代通信技術等，帶動了全球經濟的飛速發展。
摩爾定律預言晶片元件的尺寸在不遠的未來將達到經典物理極限，各種量子效應會顯現出來並成為普遍現象。因此，基於量子效應的新原理和新方法將成為未來信息技術的重要基礎，已經成為當前國際科技界激烈競爭的焦點。
量子調控是在認識量子現象和規律的基礎上，通過開發新材料、構築新結構、發現新物質態以及改變外場條件等手段對量子現象進行調控和開發利用，突破經典調控的極限，建立全新的量子調控技術和量子器件。開展量子調控研究具有重要的前瞻性和重大戰略意義，對信息科學技術的發展產生不可估量的影響。將量子信息、關聯電子體系、小量子體系和人工帶隙體系這些重要領域有機地整合到研究計畫中，將推動整個信息產業的技術革命，促進經濟和社會的發展。
自量子調控研究計畫實施以來，我國在量子調控領域的研究水平顯著進步並在相關方向取得了一系列重要突破。
實用化量子密碼技術和量子通信技術取得了重大進展。首次在商用光纖骨幹網中運行了城域量子保密通信網；建立了世界上第一個“量子政務網”；成功研製了國際上首個可升級的全通型量子通信網路——五節點星型實時語音加密量子通信網路；在量子密鑰分配速率等方面實現突破，極限傳輸距離已經達到255公里左右；首次實現了基於誘騙態的3節點光量子電話網；實現了自由空間量子糾纏和量子密鑰分發，首次實現16公里遠距離自由空間隱形傳態實驗。
鐵基超導研究處於國際前沿。發現了多種新的鐵基超導材料，包括最先報導轉變溫度超過麥克米蘭極限的超導體，最先發現多個最高轉變溫度紀錄的系列鐵基超導材料。通過輸運性質的系統研究，建立了鐵基超導的相圖，在配對機制等重要科學問題上取得突破。
拓撲絕緣體研究位居國際前列。首次發現了室溫三維強拓撲絕緣體；成功實現拓撲絕緣體的門電壓調控；從理論上預言了一類新的拓撲絕緣體——磁性拓撲絕緣體，可在沒有外磁場的情況下實現量子霍爾效應；利用高壓手段觀察到拓撲絕緣體中的超導態。
光學超晶格的研究從非線性光學拓展到量子光學。利用多重準相位匹配，在光學超晶格中製備出多光束連續變數和路經糾纏的高維糾纏態，實現了糾纏態空間模式的調控，觀察到相應的亞波長干涉效應。
“十一五”期間，量子調控研究在實用化量子密碼技術和量子通信技術、鐵基超導和拓撲絕緣體等研究方向取得了一系列國際領先的重要研究成果。在量子計算、冷原子體系、關聯電子新材料開發和量子信息技術的集成等方面還有待進一步加強。
總體思路與發展目標
總體思路
繼續保持我國在實用化量子密碼技術和量子通信技術、鐵基超導和拓撲絕緣體等研究領域的領先水平。同時，圍繞國家重大戰略需求和重大科學前沿問題，以功能化集成和實用化為導向，積極推動原始創新研究，進一步加強新材料、新物質態和新原理原型器件的研究力度，鼓勵儀器設備研製等研究手段的創新。
發展目標
在新物質態和新原理原型器件的研究方面取得重要突破，探索和發現若干全新的關聯電子體系材料、小量子體系材料和人工帶隙材料，推進量子通信技術的實用化和量子技術標準與協定的制定，開發具有自主智慧財產權的關聯材料設計和計算軟體平台。在量子信息、關聯電子體系、小量子體系和人工帶隙體系等方面取得國際一流水平的成果，培養一批具有國際競爭力的研究團隊和領軍人才，建立若干國際一流水平的量子調控研究基地。
主要任務
（一）量子信息
基於光子的量子信息處理。製備單光子源，研究用於量子信息的各種優質光源，在頻譜、亮度、糾纏度以及可控性等方面獲得突破。探索基於連續和分離變數的光子系統的量子信息處理技術，研究非經典光子源的測量、基於各種光學測量的量子態的重構和新型單光子探測器件集成等。開展實現量子信息在光子與物質界面間的相干控制研究。
基於固態系統的量子信息處理。研究固態系統中的退相干機制及抑制機理，基於量子點的固體量子信息元器件和量子晶片。研製基於量子點的高品質單光子源和確定性糾纏光源，探索基於量子點的新型量子存儲。研究基於超導約瑟夫森結微納結構的量子信息處理，與腔共振耦合的超導量子比特等。研究基於摻雜的固態和分子團簇體系的量子信息，以及各種量子計算方案及關鍵技術。
基於冷原子（離子）、分子的量子信息處理。研究冷原子系綜中的量子信息存儲，製備基於確定性原子操控的量子暫存器，發展量子關聯和糾纏帶來的超越標準量子及極限的測量技術。研究極性分子的囚禁、冷卻、控制和探測，集成分子晶片和基於極性分子間偶極相互作用的量子信息處理。研究基於原子分子操控的量子計量，以及原子（離子）、分子在受限空間中的量子特性及量子信息處理。
量子仿真。在參數可控的各種量子系統中，實現多體系統的有效相互作用，模擬關聯體系等複雜系統，研究相關量子行為。發展有效控制量子多體系統的新方法。
量子通信與信息安全。研製量子中繼器。研究衛星的量子通信和擴展量子通信距離的有效中繼方法。研究遠距離絕對安全的實用化量子通信。建立城域和城際的多節點光纖量子通信網路，實現大規模網路化的量子通信。發展與量子通信相關的理論，研究各種竊聽和反竊聽以及提高安全性的方法，推動量子通信協定標準的制定。
量子信息理論。研究與量子信息過程物理實現相關的理論，量子糾纏理論，量子算法與複雜性，退相干機制和抑制方法，量子編碼，量子信道容量，量子編程和新型量子計算途徑等。
（二）關聯電子體系
新穎關聯量子材料。探索和發現具有奇異物性的強關聯體系新材料和新材料體系，製備關聯量子材料高質量單晶和異質結，實現對其尺寸、組分、形態以及摻雜的精確控制，並發展其微加工技術。
競爭序和量子相變。研究各種非常規關聯量子材料中的自旋密度波、電荷密度波與磁性有序之間的共存和競爭。研究電荷、自旋與軌道自由度之間的相互作用效應和各種量子相變與量子臨界現象。研究拓撲絕緣體的物理特性，重費米子體系的量子臨界現象，低維結構中的近藤效應，分數量子霍爾效應系統，自旋費米液體和各種磁阻挫系統等。
關聯量子現象理論與數值模擬。發展超越平均場近似的理論和方法，建立正確描寫新型關聯量子系統的理論模型；研究跨尺度的計算模擬技術，發展研究物性的新計算方法，建立有自主智慧財產權的軟體平台。
（三）小量子體系
單粒子和單量子態。製備高質量小量子體系，實現對單個小量子體系的能級、軌道波函式和其它量子態的控制。研究小量子體系在空間、能量、時間域的高分辨、高靈敏表征方法。發展將自旋信號轉換成電或光信號的新方法，實現高靈敏的自旋態的電學或光學檢測與操控。發展核磁共振/電子迴旋共振的局域探針技術，自旋態波譜學的探測技術和基於自旋量子態量子信息的處理技術。研究特殊材料中的量子相干輸運和自旋操控，研製基於準一維量子結構和單層石墨等低維材料的新型原理器件。
原子、離子和分子體系。研究原子與分子內部量子通道的阿秒、飛秒級相干控制和測量，揭示電子尺度上的超快動力學行為，建立和發展先進的分子內部量子態的製備、檢測與調控方法和技術。發展分子減速、冷卻和囚禁等技術，研究分子量子態的演化等基本過程。研究分子結構的變化對能級結構、軌道、自旋和自組裝特性的影響，分子間電荷和能量轉移，研究新型分子器件。
半導體量子結構。研究半導體量子結構中自旋相干過程和退相干的各種物理機制，半導體結構中自旋調控的原理和方法，以及產生和探測自旋流的新方案。研究單量子點自旋量子比特的基本量子操作。研究激子、激子極化激元的玻色-愛因斯坦凝聚現象，研製無閾值極化激元雷射器和自旋電晶體的原理器件。
磁性、稀磁半導體及異質結構。研究稀磁半導體、半金屬和鐵磁薄膜及其異質結等的新奇磁輸運性質和磁光性質。研究巨塞曼效應，發展磁性材料的電子態密度的調控方法，實現磁性多層異質結構中磁晶各向異性的量子調控。
固體中孤立量子體系。研究金剛石中氮空位孤立自旋的退相干機理、能級結構及量子光學性質，建立孤立自旋的光學探測系統，發展操控孤立自旋的實驗技術。研究固體中孤立自旋的操控，建立起自旋可控耦合和構建量子比特的方案，探索在量子信息和計算中的套用。
（四）人工帶隙體系
人工帶隙材料的能帶和帶隙調控。研究人工帶隙材料能帶的形成機理，能帶剪裁和調控機理，特殊色散帶來的新現象和效應，微結構對激發、傳輸、吸收和發射等特性的調製，發展能帶計算和設計的有效方法。研究對稱性破缺引發的缺陷態及其新效應，非線性、無序等帶來的新現象和效應。研究非布拉格機制人工帶隙材料及其能帶和帶隙調控。研究人工帶隙材料中的巨觀量子現象、局域光子態與電子態的強耦合效應、新穎的線性和非線性量子光學現象，發展新型低閾值微納雷射器、量子開關和光伏器件等。
光子微結構集成迴路及相關元器件。研究二維光子晶體集成光子學器件和迴路，包括高性能光子晶體波導網際網路，高品質光子晶體共振微腔，通道上傳/下載濾波器，密集波分復用技術、光開關等。
亞波長光子學結構。研究基於亞波長結構的迴路單元以及複雜的元件，亞波長光子學及其在突破衍射極限聚焦方面的關鍵基礎問題，亞波長體系的表面等離激元與輻射源的線性和非線性效應的物理機制等。研究糾纏在表面等離激元中的形成、傳輸、存儲以及用作遠程量子隱形傳態的原理。研製基於表面等離激元的新型量子光電器件。
保障措施
（一）加強頂層設計，實施好專項研究計畫
繼續實施量子調控研究重大科學研究計畫，加強頂層設計與統籌協調，面向國家重大戰略需求和世界科學前沿，進一步強化重大科學目標導向，完善項目首席科學家負責制及鼓勵創新的評價機制，組織跨部門、跨區域的相互協作，促進系統性、原創性重大成果的產出。
（二）加強基地建設，促進項目、基地、人才結合
繼續加強量子調控研究基地建設，充分發揮國家重點實驗室等基地的科研平台作用，促進項目、基地與人才緊密結合；強化科技資源開放共享機制，促進科技資源的合理配置和高效利用。引導地方政府和企業積極參與建設量子科學技術支撐平台，探索共建量子科學技術產業化平台的協同創新體系。
（三）加大創新人才培養和引進力度
充分利用各種高層次人才計畫，培養和造就一批具有國際視野、能夠引領量子科學技術發展的高水平領軍人才，創新體制機制、最佳化政策環境、強化保障措施，加大海外優秀人才的引進力度，建設國際一流水平的量子調控研究團隊。
（四）加強國際合作與科學普及
吸納優秀外國科學家和海外優秀華人學者以多種方式參與量子調控研究重大科學研究計畫實施，支持我國科學家參與國際合作和在國際組織中任職，鼓勵提出國際合作計畫。重視科學普及，弘揚科學精神，將科學普及工作作為重大科學研究計畫實施的目標和任務之一，促進全民科學素養的提高。
