量子调控研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划解读

2012-08-01来源:
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   问:什么是量子调控研究?
    答:量子调控研究是在认识量子现象和规律的基础上,通过开发新材料、构筑新结构、发现新物质态以及改变外场条件等手段对量子现象进行调控和开发利用,突破经典调控的极限,建立全新的量子调控技术和量子器件。开展量子调控研究具有重要的前瞻性和重大战略意义,对信息科学技术的发展产生不可估量的影响。
    问:《量子调控研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划》颁布实施的重要意义?
    答:为深入实施《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,推进国家重大科学研究计划,根据《国家“十二五”科学和技术发展规划》和《国家基础研究发展“十二五”专项规划》,特制定《量子调控研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划》(以下简称《专项规划》)。
    “十二五”是我国发展的重要战略机遇,面向国家重大需求和重大科学前沿问题,在认识量子现象和规律的基础上,开展全新的量子调控科学、技术及应用研究,注重量子调控基础研究和应用的结合,注重人才特别是国际领军人才的培养和队伍建设,注重基础研究的原始创新,选取有我国特色和优势的研究方向,重点突破,实现跨越式发展。
    问:“十一五”期间我国量子调控研究取得了哪些成果?
    答:“十一五”期间,量子调控研究在实用化量子密码技术和量子通信技术、铁基超导和拓扑绝缘体等研究方向取得了一系列国际领先的重要研究成果。一是实用化量子密码技术和量子通信技术取得了重大进展,首次在商用光纤骨干网中运行了城域量子保密通信网、建立了世界上第一个“量子政务网”、极限传输距离已经达到255公里左右、首次实现16公里远距离自由空间隐形传态实验。二是铁基超导研究方面走在国际前沿,最先报道转变温度超过麦克米兰极限的超导体、最先发现多个最高转变温度纪录的系列铁基超导材料、建立了铁基超导的相图。三是拓扑绝缘体研究位居国际前列,首次发现了室温三维强拓扑绝缘体、成功实现拓扑绝缘体的门电压调控、利用高压手段观察到拓扑绝缘体中的超导态等。
    问:“十二五”期间我国量子调控研究的总体思路是什么?
    答:继续保持我国在实用化量子密码技术和量子通信技术、铁基超导和拓扑绝缘体等研究领域的领先水平。同时,围绕国家重大战略需求和重大科学前沿问题,以功能化集成和实用化为导向,积极推动原始创新研究,进一步加强新材料、新物质态和新原理原型器件的研究力度,鼓励仪器设备研制等研究手段的创新。
    问:“十二五”期间我国量子调控研究的发展目标是什么?
    答:在新物质态和新原理原型器件的研究方面取得重要突破,探索和发现若干全新的关联电子体系材料、小量子体系材料和人工带隙材料,推进量子通信技术的实用化和量子技术标准与协议的制定,开发具有自主知识产权的关联材料设计和计算软件平台。在量子信息、关联电子体系、小量子体系和人工带隙体系等方面取得国际一流水平的成果,培养一批具有国际竞争力的研究团队和领军人才,建立若干国际一流水平的量子调控研究基地。
    问:“十二五”期间量子调控研究部署了哪些主要任务?
    答:在量子信息、关联电子体系、小量子体系和人工带隙体系四方面进行了重点部署。
    一是研究基于光子、固态系统和冷原子及分子的量子信息处理,在参数可控的各种量子系统中实现多体系统的有效相互作用,研制量子中继器、发展与量子通信相关的理论,研究与量子信息过程物理实现相关的理论,包括量子纠缠理论、量子算法、量子编码、量子编程和新型量子计算途径等。
    二是探索和发现具有奇异物性的强关联体系新材料和新材料体系,研究各种非常规关联量子材料中的自旋密度波、电荷密度波与磁性有序之间的共存和竞争,各种量子相变及量子临界现象,拓扑绝缘体的物理特性,发展超越平均场近似的理论和方法,研究跨尺度的计算模拟技术,建立有自主知识产权的软件平台等。
    三是制备高质量小量子体系,研究特殊材料中的量子相干输运和自旋操控,研究原子与分子内部量子通道的阿秒、飞秒级相干控制和测量,研究半导体量子结构中自旋相干过程和退相干的各种物理机制,研究稀磁半导体、半金属和铁磁薄膜及其异质结等的新奇磁输运性质和磁光性质,研究金刚石中氮空位孤立自旋的退相干机理、能级结构及量子光学性质等。
    四是研究人工带隙材料能带的形成机理,能带剪裁和调控机理,特殊色散带来的新现象和效应,微结构对激发、传输、吸收和发射等特性的调制,研究二维光子晶体集成光子学器件和回路,研究基于亚波长结构的回路单元以及复杂的元件,亚波长光子学及其在突破衍射极限聚焦方面的关键基础问题,发展新型低阈值微纳激光器、量子开关和光伏器件等。
    问:为保障“十二五”期间量子调控研究顺利实施的政策措施有哪些?
    答:主要包含4方面的措施。一是加强顶层设计与统筹协调,进一步强化重大科学目标导向,完善项目首席科学家负责制及鼓励创新的评价机制;二是充分发挥国家重点实验室等基地的科研平台作用,促进项目、基地与人才紧密结合,促进科技资源的合理配置和高效利用;三是充分利用各种高层次人才计划,加大海外优秀人才的引进力度;四是加强国际合作,吸纳优秀外国科学家和海外优秀华人学者以多种方式参与。

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