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“单量子态的探测及相互作用”重大研究计划2012年度集成项目指南

日期 2012-05-24   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

  本重大研究计划以开拓发展新的精密测量方法和手段、新理论计算方法为基础,通过对单量子态的精密检测,进一步检验和丰富量子力学的基本问题,从微观本质理解物理、化学、信息、材料等领域中的基本量子现象和机理。通过对不同单量子态及其相互作用的研究,发现若干新奇量子效应,为其在信息处理和能源环境等重大技术的应用中提供坚实的物理基础。同时,通过该研究计划的实施,造就一支高水平、结构合理的研究队伍,提升我国的科学竞争力和科学地位。

  为进一步凝练重大科学问题,在原支持项目的基础上,本重大研究计划2012年度拟进行五个领域的集成,以组建优势互补的科研攻关团队,实现在若干重要方向上的跨越发展。

  第一领域:单分子

  科学目标:发展气相和表面的单原子和单分子的新的探测方法和技术,以及高精度的量子计算方法, 揭示单原子、单分子在气相及表面的量子结构,能级结构以及波函数的演化规律; 阐明单分子在气相和表面的构型变化、电荷输运、化学键的断裂和形成过程中的动力学行为以及相关的超快动力学。

  研究内容: 发展高效的单分子量子态制备方法, 特别是单个分子振动态的制备方法, 结合高精度理论方法, 研究处于振动态分子的化学反应键断裂和形成的动力学; 利用超快激光技术和方法, 研究单个分子的超快动力学以及非绝热动力学过程; 利用高分辨的表面单分子探测技术和方法, 结合理论计算方法,研究单分子在表面的结构、构型变化、化学以及光化学反应过程的动力学行为和规律。

  第二领域:单光子的产生及探测

  科学目标:发展单光子源与纠缠光子源等非经典光源,为量子通信以及量子信息处理提供高品质单光子源和纠缠光子源;发展单光子和纠缠光子的产生和探测技术;研究单光子和、缠光子与微纳结构的相互作用,揭示新的量子现象和效应,探索新的量子调控技术和途径。

  研究内容:研制高品质的单光子源和纠缠光子源;研究产生单光子和纠缠光子的新原理和新方法,发展单光子和纠缠光子检测技术,探索新的检测方法;研究单光子和纠缠光子与微纳结构的相互作用,特别是与微腔及微腔阵列、光子晶体、表面等离激元结构等的相互作用所导致的物性变化及新量子效应。

  第三领域:单量子态及量子比特的探测、集成和相干操纵

  科学目标:设计和构筑单量子态体系,实现对单量子态的精确控制。研究具有单量子特性的体系与结构制备中的基本物理问题,探索量子比特的构筑和相干操纵,为实现量子计算提供可能的技术方案。

  研究内容: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;自旋分辨的能谱、波谱、扫描探针及其综合探测方法;固态体系中量子比特的构筑与相互作用,并进一步探索量子比特集成和相干操纵的技术方案。

  第四领域:拓扑绝缘体

  科学目标:探测拓扑绝缘体中的重要量子现象,如量子霍尔效应、量子化的反常霍尔效应和Majorana费米子等是本集成项目的关键科学目标,为拓扑绝缘体在信息处理和量子计算等领域提供坚实的物理基础。探索新的拓扑绝缘体、拓扑半金属和拓扑超导体系,解决目前制约拓扑绝缘体材料和异质结质量的关键科学问题,进一步理解和掌握拓扑量子态的特性和量子过程的基本规律。

  研究内容:探索新的拓扑绝缘体、拓扑半金属和拓扑超导体系;研究拓扑绝缘体、拓扑半金属和拓扑超导体的电子结构、与掺杂元素的关系、缺陷的影响、电子关联效应、量子相变与拓扑激发,观察量子霍尔效应和量子化反常霍尔效应等量子现象;优化材料特性和器件结构,制备拓扑绝缘体/超导、拓扑半金属/超导等异质结,研究其电子结构和量子输运,探测Majorana费米子等新奇量子态。

  第五领域:非常规超导体

  科学目标:本领域集成项目主要是要探索和发展超导宏观量子态的制备和检测的关键实验方法和手段,精确表征超导量子态及其相互作用的基本特性,发现新的超导量子现象和规律,为探索和解决非常规超导机理这个基本问题奠定基础。

  研究内容:研究新的超导量子现象和单量子效应,掌握非常规超导体中的反铁磁涨落及其与超导电子相互作用的特征,研究非常规超导体的能隙结构,赝能隙现象及电子的位相涨落,电子-自旋分离及关联特性,反铁磁涨落与自旋液体态,金属-绝缘体相变,超导与其它量子序之间的竞争与量子相变现象,阐明这些单量子态的产生和运动规律的微观机理。  

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