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第二篇：国家自然科学基金重大研究计划(2)

附件2：

重大研究计划“单量子态的探测及相互作用”

20xx年度项目指南

自量子力学诞生以来，人们对微观世界的运动规律认识不断加深，极大地推动了现代科学和技术的发展。但是，我们目前对微观运动规律的认识在很大程度上还带有统计性，特别是对单量子态还缺乏精密定量的检测。这不仅影响了以量子力学为核心的当代物理学的发展，而且也影响了其它与之交叉的学科发展。近年来，随着实验精度和技术控制能力的不断提高，人们可能构筑和直接探测单量子态的物理特性，这方面的研究以及它与信息、材料、能源和化学交叉学科的发展孕育着重大科学突破的机遇。

所谓单量子态，是指量子体系中的单光子、单电子、单原子、单分子、聚集体中的准粒子等单粒子量子态，以及聚集体中多粒子凝聚所形成的宏观量子态（如玻色-爱因斯坦凝聚态、超导或超流量子态）等。本重大研究计划旨在通过对单量子态及其量子效应的研究，就是要消除多量子态的混合以及统计涨落的影响，直接对单粒子量子态和宏观量子态等进行高精度的精密探测；结合理论，理解和掌握量子态的特性和量子过程的基本规律，在此基础上发展新的量子器件构筑技术和量子探测手段，以提升我国基础研究的水平，解决与我国信息和能源技术实现跨越式发展的一些重大需求相关的问题。

一、科学目标

（一）开拓与发展新的精密测量方法，发展制备高品质量子结构的方法与技术，在单量子态水平上更本质地理解物理、化学、信息过程中基本量子机理。通过对单量子态探测及量子态间相互作用研究，发现若干新奇量子效应。

（二）为量子效应在信息、能源与环境等重大科学问题研究

中的应用提供坚实的物理基础，为国民经济的跨越式可持续发展和国家安全提供基础性和前瞻性的科学技术储备。

（三）逐步形成具有国际影响的学派，同时造就出一支高水平的、结构合理的研究队伍，特别是培养一批精于实验科学的优秀青年学者，提升我国实验科学的竞争力和地位。

二、核心科学问题

（一）单量子态体系的构筑。

（二）单量子态的特性及其精密探测。

（三）量子态与环境以及量子态之间的相互作用。

（四）量子态相互作用的建模与数值计算。

三、20xx年度拟重点资助的研究方向和研究项目

20xx年度鼓励科学家在资助方向框架内选择具体科学问题自由申报项目，在同行专家评审的基础上对项目进行择优支持。

（一）单量子态的构筑和精密探测的新原理、新方法。 单光子态、单自旋态等单量子态体系制备的新方法；单原子、单分子尺度上的时间、空间和能量高分辨高灵敏的能谱学和光谱学的原理和技术；单量子态的能级和波函数的演化规律；单分子的振动和转动量子态、轨道量子态的制备和探测，自旋单量子态的测控及其超快动力学，发展自旋分辨的能谱、波谱、扫描探针及其综合探测方法；不同波段的单光子检测的新方法和新技术。

（二）量子态间的耦合及与环境的相互作用。

光子与电子的相互作用和表面电子激发态的产生和演化；受限体系中的激子-光子、电子-电子、电子-光子等耦合量子态的制备与探测；不同分子量子态和化学反应通道的选控；产生量子纠缠的新方法，量子纠缠态的相干性研究，量子比特的集成和相干操纵；表面等离激元的产生、传输和相互作用。

（三）聚集体中的量子态与量子效应。

呈现宏观量子态的新体系的制备、表征及特性研究，多种有序态的竞争与量子相变，量子霍耳效应与拓扑激发；化合物体系

的界面或表面单量子态的量子效应与量子输运及其它功能特性；冷原子凝聚体系的新现象、新效应。

（四） 量子态相互作用的建模与数值计算。

单量子态及其相互作用的基本规律及其理论分析；与单量子态制备、检测与特性相关的理论模型与计算方法；超越单粒子近似的新的计算方法。

本重大研究计划总经费为1.5亿元，预计执行期为8年，立项资助工作主要在前五年进行。20xx年度拟安排项目经费约2000万元，其中重点支持项目约1200万元，培育项目约800万元。重点支持项目平均资助强度约为300万元/4年，培育项目平均资助强度约为70万元/3年。

四、本重大研究计划将依据以下原则优先遴选项目

（一）立足实验，密切围绕单量子态构筑与探测的新概念、新方法。

（二）能有力推动国内实验工作发展的理论分析与模拟。

（三）具有创新学术思想和合理的技术路线。

（四）具有相关研究的基础条件和工作积累。

（五）能够加速重大研究计划总体进展和对认识核心科学问题起重要作用。

五、申请书撰写注意事项

（一）申请人在填报申请书前，应认真阅读本指南。拟开展的研究应针对本年度拟重点资助的研究方向，体现重大研究计划“创新性、基础性、前瞻性、交叉性”的研究特征，突出有限目标和重点突破，明确对实现研究计划总体目标和解决核心科学问题的贡献。不符合项目指南的申请将不予受理。

（二）根据当年度项目指南公布的拟资助研究方向，申请人可自行拟定项目名称、科学目标、研究内容、技术路线和相应的研究经费。

（三）申请书中的资助类别选择“重大研究计划”，亚类说明选择“培育项目”或“重点支持项目”，附注说明均须选择“单量子态的探测及相互作用”。根据申请的具体研究内容选择相应的申请代码，即可选择数理科学部、化学科学部、工程与材料科学部和信息科学部相应研究领域的申请代码。

（四）申请书由数理科学部综合处受理。