關于發布高精度量子操控與探測重大研究計劃2024年度項目指南的通告

國科金發計〔2024〕139號

　　國家自然科學基金委員會現發布高精度量子操控與探測重大研究計劃2024年度項目指南，請申請人及依托單位按項目指南所述要求和注意事項申請。

國家自然科學基金委員會

2024年6月14日

 

高精度量子操控與探測重大研究計劃2024年度項目指南

　　高精度量子操控與探測重大研究計劃面向發展量子科技的國家重大戰略需求，針對量子信息科學及其與各領域交叉研究面臨的關鍵科學問題和技術挑戰，發展新原理、新方法，探索可持續發展的技術路線，加強我國量子科技基礎研究和人才培養，推動我國搶占量子科技國際競爭制高點。

一、科學目標

聚焦高精度量子操控與探測技術及其應用，發展量子增強的新原理、新方法，推動精密測量技術進步；突破量子操控與探測技術在高精度、高復雜度和可擴展性等方面的技術挑戰，為量子信息科學發展提供支持；充分發揮量子平臺和工具的優越性，突破經典技術探測極限，推動量子信息科學與各個領域的交叉研究。進一步提升我國量子科技基礎研究的原始創新能力，為實現我國量子科技自立自強提供支撐。

二、核心科學問題

本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學問題開展研究：

（一）量子增強的新原理和新方法。

圍繞當前發展較為成熟或極有潛力的精密測量技術，建立和發展有效提高測量精度和靈敏度等指標的量子操控與探測新原理新方法。

（二）量子信息科學進一步發展需要的高精度量子操控與探測技術。

突破量子操控與探測在精度、復雜度以及可擴展性等多方面技術挑戰，發展量子模擬、量子計算、空間量子技術等量子信息科學領域所需的高精度量子操控與探測技術。

（三）超越經典技術的量子操控與探測技術的應用。

發展有望超越經典技術探測極限的量子精密測量技術，并在物理學、天文學、化學、生命科學、地球科學和材料科學等領域實現應用示范。

三、2024年度資助研究方向

（一）培育項目。

圍繞上述科學問題，以總體科學目標為牽引，擬以培育項目的方式資助探索性強、選題新穎、前期研究基礎較好的申請項目，優先支持以下研究方向：

1.量子增強的新原理和新方法。

在光子和原子等量子體系產生用于實現測量精度增強的量子態，發展超越標準量子極限的量子精密測量新原理、新方法、新系統，在測量精度上實現具有應用意義的量子增益。

2.量子信息技術中的高精度量子操控與探測。

聚焦光子、冷原子、冷分子、囚禁離子以及人造量子比特等量子體系，發展面向大規模、高復雜度的量子模擬和量子計算以及遠距離、實用化量子通信等的量子操控與探測關鍵技術和新理論新方案。

3.超越經典技術的量子操控與探測技術。

發展超越經典技術探測極限且具有應用價值的量子精密測量關鍵技術和新方案，推動量子操控與探測技術在基礎物理檢驗、超越標準模型的新物理、暗物質探測、天文觀測、化學、生命科學、地球科學和材料科學等領域的應用研究。

（二）重點支持項目。

圍繞核心科學問題，以總體科學目標為牽引，擬以重點支持項目的方式資助前期研究成果積累較好、在理論和關鍵技術研發上能發揮推動作用、具備交叉應用基礎或前景的申請項目，優先支持以下研究方向：

1.光和原子體系非經典態的制備和操控。

制備高壓縮度的非經典態，包括相位壓縮態、偏振壓縮態、正交分量壓縮態、數壓縮態、迪克態、自旋壓縮態等，發展不同類型非經典態在相位、位移、偏振等各種物理量精密測量中的應用，演示超過10 dB的測量精度量子增益。

2.多參數聯合量子測量技術與應用。

揭示量子噪聲對多參數聯合測量精度的影響以及抵御方法，研制基于多種物理體系的集成化量子增強測量裝置，有效提高多參數聯合測量靈敏度，應用于高靈敏度電磁場探測、高精度光頻標等場景，突破標準量子極限，實現超過5 dB的多參數聯合測量精度量子增益。

3.多場調控的單自旋態靈敏探測。

研究利用光場、電場、磁場等調控技術實現高空間分辨率量子測量，實現在10-30 GHz射頻微波范圍內通過磁場調控的單自旋態靈敏探測，空間分辨率優于2埃，自旋態間相互作用能量分辨率優于0.2 μeV。

4.基于超冷原子的新型光晶格調控技術。

基于超冷原子的新型光晶格調控技術。實現不同類型光晶格（比如三角、六角、籠目光晶格等）以及雙層扭轉光晶格，發展光晶格體系中周期性調制、無序、規范場等多個維度的調控和小于500納米格點分辨的高分辨原位探測技術，超冷原子通過光晶格調控實現多個新奇量子物態（關聯絕緣體、非常規超導、量子反常霍爾效應、強關聯誘導的拓撲性等）以及原子數大于100的量子糾纏態。

5.量子糾錯的新方法。

針對現有量子糾錯操控技術要求高、資源消耗大等問題，探索資源效率型量子糾錯碼的構建技術，及其相應的可容錯邏輯量子控制技術；發展糾錯循環過程中的錯誤影響表征新技術，厘清量子糾錯實驗中的關鍵錯誤因素，并提出相應的錯誤緩解策略；發展精度與張量網絡解碼器相當、但速度有大幅提升的高效率解碼算法，支撐量子糾錯的快速精確解碼；基于當前主流量子計算設備操控水平，不依賴后選擇，提出在200比特內實現10^-5級邏輯錯誤率的具體可行方案，并給出可擴展的性能提升方法，支撐未來量子糾錯技術的持續發展。

6.高精度遠距離量子干涉技術。

發展萬公里級大空間尺度單光子、雙光子傳輸和干涉技術，為廣域量子網絡的實現奠定基礎，為探索引力誘導糾纏退相干、引力紅移和時間膨脹效應影響下的量子干涉測量等引力場中的量子效應檢驗開辟新途徑。發展基于量子干涉輔助的天文光干涉技術，光學干涉基線長度突破現有極限，達到千米量級，為獲得高精度宇宙距離階梯、探索解決“哈勃常數危機”、加深對宇宙加速膨脹歷史和暗能量物理的理解等若干重大物理學和天文學基礎問題檢驗提供新手段。

7.面向新物理探索的量子測量技術。

針對超越粒子物理標準模型的新物理探測需求，發展量子精密測量技術。實現原子固有電偶極矩（EDM）的高精度測量（精度達到10^-28?e cm量級）；對磁單極子和軸子等新粒子進行搜尋，發展新型探測模式，突破現有探測瓶頸，超越現有指標（如軸子-自旋相互作用探測界限優于10^-11?GeV^-1，相互作用力程達到1 μm量級，突破超新星天文學觀測極限）；對自旋相關第五力進行測量，發展能量分辨率達到10^-24?eVHz^-1/2量級的超高精度贗磁信號測量技術，實現國際領先測量指標。

8.量子測量在慣性、引力測量和引力波天文觀測等方面的應用。

發展基于原子干涉、原子自旋等的量子精密測量方法和技術，支持量子引力、時空特性、極端物質狀態等前沿科學問題研究需求。開展10^-10?g量級水平重力加速度和慣性精密測量，提高地球定向參數和地球引力勢等的自主測量能力；開展10^{-7 o}s^-1Hz^-1/2量級靈敏度的慣性角速度測量，驗證原子自旋慣性導航精度潛力，實現自旋-引力相互作用檢驗國際領先指標，開展量子慣性導航系統及應用研究，提高無人系統、智能控制等自主定位導航能力。

9.冷分子碰撞與反應動力學的探測。

發展外場調控下超冷分子碰撞和反應、里德堡超冷分子長程相互作用反應、分子取向操控、高時間/能量分辨冷分子反應（<10 K）等實驗技術以及冷分子碰撞散射動力學理論與計算方法，應用于量子三體問題、超冷分子動力學（<100 μK）、分子反應立體調控、基于單分子的量子器件等研究。

10.量子精密測量在遙感技術中的應用。

發展高精度光頻梳、高效低噪聲單光子探測器、超寬譜光電轉換等技術，在單光子弱信號的高效和高增益探測，對大氣的多種成分、層析風場和溫度反演，地貌跨介質高精度單光子測繪，亞毫米精度海平面快速測量，高精度非視域單光子成像技術，高速運動星間高精度測距和時鐘同步，超遠距離星地鏈路的光頻梳多要素遙感等方面，突破經典遙感技術在探測距離、精度和靈敏度方面的瓶頸。發展寬譜雙光梳激光遠程干涉技術，實現火焰中多組分和溫度的實時遙感測量，助力航空發動機燃燒室研發。

11.量子精密測量在極弱磁場測量中的應用。

突破現有測量手段的靈敏度和精度瓶頸，面向弱磁計量測試、人體功能信息成像、磁異常探測、資源勘探、地磁場及生命科學研究等方面的應用，發展靈敏度達到aTHz^-1/2量級的超高靈敏極弱磁場測量裝置、靈敏度達到亞fTHz^-1/2?~ fTHz^-1/2量級的微小型近零磁和地磁計量測試原子磁強計及芯片化原子磁強計；面向生物體系微觀電磁通路特性解析，發展溶液條件下實現單個蛋白質分子分辨的多模態極弱電流-磁場調控與測量裝置。

四、項目遴選的基本原則

（一）緊密圍繞核心科學問題，鼓勵原創性、基礎性和交叉性的前沿探索。

（二）優先資助能夠解決高精度量子操控與探測中的基礎科學難題或在相關領域具有應用前景的研究項目。

（三）重點支持項目應具有良好的研究基礎和前期積累，對總體科學目標有直接貢獻與支撐。

五、2024年度資助計劃

擬資助培育項目20-25項，直接費用資助強度約為80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應填寫“2025年1月1日－2027年12月31日”；擬資助重點支持項目6-8項，直接費用資助強度約為300萬元/項，資助期限為4年，重點支持項目申請書中研究期限應填寫“2025年1月1日－2028年12月31日”。

六、申請要求及注意事項

（一）申請條件。

本重大研究計劃項目申請人應當具備以下條件：

1. 具有承擔基礎研究課題的經歷；

2. 具有高級專業技術職務（職稱）。

在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

（二）限項申請規定。

執行《2024年度國家自然科學基金項目指南》“申請規定”中限項申請規定的相關要求。

（三）申請注意事項。

申請人和依托單位應當認真閱讀并執行本項目指南、《2024年度國家自然科學基金項目指南》和《關于2024年度國家自然科學基金項目申請與結題等有關事項的通告》中相關要求。

1. 本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2024年7月18日－2024年7月25日16時。

（1）申請人應當按照科學基金網絡信息系統中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。

（2）本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學問題，對多學科相關研究進行戰略性的方向引導和優勢整合，成為一個項目集群。申請人應根據本重大研究計劃擬解決的核心科學問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線和相應的研究經費等。

（3）申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“高精度量子操控與探測”，受理代碼選擇T01，根據申請的具體研究內容選擇不超過5個申請代碼。培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個。

（4）申請人在申請書起始部分應明確說明申請符合本項目指南中的資助研究方向，以及對解決本重大研究計劃核心科學問題、實現本重大研究計劃科學目標的貢獻。

如果申請人已經承擔與本重大研究計劃相關的其他科技計劃項目，應當在申請書正文的“研究基礎與工作條件”部分論述申請項目與其他相關項目的區別與聯系。

2. 依托單位應當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2024年7月25日16時前通過信息系統逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，并于7月26日16時前在線提交本單位項目申請清單。

3. 其他注意事項。

（1）為實現重大研究計劃總體科學目標和多學科集成，獲得資助的項目負責人應當承諾遵守相關數據和資料管理與共享的規定，項目執行過程中應關注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關系。

（2）為加強項目的學術交流，促進項目群的形成和多學科交叉與集成，本重大研究計劃將每年舉辦1次資助項目的年度學術交流會，并將不定期地組織相關領域的學術研討會。獲資助項目負責人有義務參加本重大研究計劃指導專家組和管理工作組所組織的上述學術交流活動。

（四）咨詢方式。

交叉科學部交叉科學一處

聯系電話：010-62328382

 

來源:國家自然科學基金委員會

 

單位介紹:

? ? 我單位主要從事全國科技成果評價、國家科技計劃項目申報咨詢、項目戰略研討、專家考察調研、科技政策培訓、企業內訓等相關業務。在科技咨詢領域具有很強的政府背景、行業渠道、人脈資源及專業能力，為廣大科研工作者及科技型企事業單位提供專業化服務。

近期相關科技培訓:

6月26-29日杭州、7月17-20日成都|2024年科技項目申報與科研平臺建設運行、經費使用管理、綜合績效評價專題培訓班
7月3日-6日大連、7月24日-27日上海|面向新質生產力的國家科技計劃項目申報和科研平臺建設運行、科研資金全過程管理使用高級研修班

7月17日-20日貴陽、8月14日-17日蘇州|高價值專利布局、專利檢索分析及科技成果轉化運用能力提升培訓班

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