单量子态的探测及相互作用

　　自量子力学诞生以来，人们对微观世界运动规律的认识不断加深，从而极大地推动了现代科学和技术的发展。可迄今为止，我们的认识在很大程度上还带有统计性，特别是对单量子态精密检测和相互作用的研究还比较薄弱。这不仅影响了以量子力学为核心的当代物理学的发展，而且也影响了其它学科的发展。近年来，随着实验精度和技术控制能力的不断提高，人们可能构筑一些单量子态体系并直接探测其物理特性，这方面的研究以及它与信息、材料、能源和化学学科的交叉发展孕育着重大科学的突破。

　　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、凝聚态物质中的准粒子等单粒子量子态，以及多粒子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物理、化学等手段制备相关的材料和体系，构筑单粒子量子态和宏观量子态并直接探测其量子态与量子效应，理解和掌握量子态的特性和量子过程的基本规律，发展新的量子器件构筑技术和量子探测手段，探索在信息和能源技术中的潜在应用，提升我国在物理、化学、信息等领域基础研究的水平，解决国家重大需求中的一些基础科学与关键技术问题。

　　一、科学目标

　　⑴ 发展制备相关材料和体系的物理、化学方法和技术，构筑高品质量子结构。开拓与发展新的精密测量方法，在单量子态水平上理解有关现象和过程的机理。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。

　　⑵ 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。

　　⑶ 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

　　1．相关材料的物理、化学制备，构筑单量子态体系

　　2．单量子态体系的特性及其精密探测

　　3．量子态与环境以及量子态之间的相互作用

　　4．量子态相互作用的建模与数值计算

　　三、2010年度拟重点资助的研究方向

　　2010年度鼓励科学家在以下资助方向框架内选择具体科学问题，提出项目申请。

　　1．相关材料的物理、化学制备，构筑单量子态体系

　　利用各种物理和化学方法制备高质量材料，在此基础上构筑各种单量子态体系，包括单电子态、单光子态、单自旋态、单分子的振动和转动量子态、轨道量子态等单量子态；单光子源的材料与结构制备；宏观量子态材料的制备。

　　2．单量子态的精密探测的新原理、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。

　　3．量子态间的耦合及与环境的相互作用

　　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；不同分子量子态化学反应和能量传递通道的选控；产生量子纠缠（光子、电子、原子及分子纠缠）的新方法及其相干性研究；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；光子与电子的相互作用和表面电子激发态的产生和变化规律；单量子态在外场中的演化。

　　4．凝聚态物质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他功能特性；冷原子凝聚体系的新现象、新效应。

　　5．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；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。2010年度拟安排项目经费约3 100万元。“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。

　　2009年度本研究计划共受理申请57项，其中“培育项目”46项，“重点支持项目”11项。经专家评审，资助 4项“重点支持项目”、11项“培育项目”，资助经费1 900万元。

　　四、本重大研究计划将依据以下原则优先遴选项目

　　⑴ 立足实验，密切围绕单量子态体系的材料制备与探测的新概念、新方法；

　　⑵ 能有力推动国内实验工作发展的理论与模拟；

　　⑶ 具有创新学术思想和合理的技术路线；

　　⑷ 具有相关研究的基础条件和工作积累；

　　⑸ 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

　　⑴ 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《指南》的申请将不予受理。

　　⑵ 根据当年度《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。

　　⑶ 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”（以上选择不准确或未选择的项目申请将不予受理）。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。

　　⑷ 申请书由数理科学部负责受理。