關(guān)于發(fā)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(fā)計〔2024〕139號

　　國家自然科學(xué)基金委員會現(xiàn)發(fā)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(xué)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(fā)展量子科技的國家重大戰(zhàn)略需求，針對量子信息科學(xué)及其與各領(lǐng)域交叉研究面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)挑戰(zhàn)，發(fā)展新原理、新方法，探索可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)路線，加強(qiáng)我國量子科技基礎(chǔ)研究和人才培養(yǎng)，推動我國搶占量子科技國際競爭制高點(diǎn)。

　　一、科學(xué)目標(biāo)

　　聚焦高精度量子操控與探測技術(shù)及其應(yīng)用，發(fā)展量子增強(qiáng)的新原理、新方法，推動精密測量技術(shù)進(jìn)步;突破量子操控與探測技術(shù)在高精度、高復(fù)雜度和可擴(kuò)展性等方面的技術(shù)挑戰(zhàn)，為量子信息科學(xué)發(fā)展提供支持;充分發(fā)揮量子平臺和工具的優(yōu)越性，突破經(jīng)典技術(shù)探測極限，推動量子信息科學(xué)與各個領(lǐng)域的交叉研究。進(jìn)一步提升我國量子科技基礎(chǔ)研究的原始創(chuàng)新能力，為實(shí)現(xiàn)我國量子科技自立自強(qiáng)提供支撐。

　　二、核心科學(xué)問題

　　本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學(xué)問題開展研究：

　　(一)量子增強(qiáng)的新原理和新方法。

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

　　(二)量子信息科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展需要的高精度量子操控與探測技術(shù)。

　　突破量子操控與探測在精度、復(fù)雜度以及可擴(kuò)展性等多方面技術(shù)挑戰(zhàn)，發(fā)展量子模擬、量子計算、空間量子技術(shù)等量子信息科學(xué)領(lǐng)域所需的高精度量子操控與探測技術(shù)。

　　(三)超越經(jīng)典技術(shù)的量子操控與探測技術(shù)的應(yīng)用。

　　發(fā)展有望超越經(jīng)典技術(shù)探測極限的量子精密測量技術(shù)，并在物理學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、生命科學(xué)、地球科學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用示范。

　　三、2024年度資助研究方向

　　(一)培育項目。

　　圍繞上述科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，擬以培育項目的方式資助探索性強(qiáng)、選題新穎、前期研究基礎(chǔ)較好的申請項目，優(yōu)先支持以下研究方向：

　　1.量子增強(qiáng)的新原理和新方法。

　　在光子和原子等量子體系產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)測量精度增強(qiáng)的量子態(tài)，發(fā)展超越標(biāo)準(zhǔn)量子極限的量子精密測量新原理、新方法、新系統(tǒng)，在測量精度上實(shí)現(xiàn)具有應(yīng)用意義的量子增益。

　　2.量子信息技術(shù)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(fā)展面向大規(guī)模、高復(fù)雜度的量子模擬和量子計算以及遠(yuǎn)距離、實(shí)用化量子通信等的量子操控與探測關(guān)鍵技術(shù)和新理論新方案。

　　3.超越經(jīng)典技術(shù)的量子操控與探測技術(shù)。

　　發(fā)展超越經(jīng)典技術(shù)探測極限且具有應(yīng)用價值的量子精密測量關(guān)鍵技術(shù)和新方案，推動量子操控與探測技術(shù)在基礎(chǔ)物理檢驗、超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理、暗物質(zhì)探測、天文觀測、化學(xué)、生命科學(xué)、地球科學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

　　(二)重點(diǎn)支持項目。

　　圍繞核心科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標(biāo)為牽引，擬以重點(diǎn)支持項目的方式資助前期研究成果積累較好、在理論和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)上能發(fā)揮推動作用、具備交叉應(yīng)用基礎(chǔ)或前景的申請項目，優(yōu)先支持以下研究方向：

　　1.光和原子體系非經(jīng)典態(tài)的制備和操控。

　　制備高壓縮度的非經(jīng)典態(tài)，包括相位壓縮態(tài)、偏振壓縮態(tài)、正交分量壓縮態(tài)、數(shù)壓縮態(tài)、迪克態(tài)、自旋壓縮態(tài)等，發(fā)展不同類型非經(jīng)典態(tài)在相位、位移、偏振等各種物理量精密測量中的應(yīng)用，演示超過10 dB的測量精度量子增益。

　　2.多參數(shù)聯(lián)合量子測量技術(shù)與應(yīng)用。

　　揭示量子噪聲對多參數(shù)聯(lián)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(qiáng)測量裝置，有效提高多參數(shù)聯(lián)合測量靈敏度，應(yīng)用于高靈敏度電磁場探測、高精度光頻標(biāo)等場景，突破標(biāo)準(zhǔn)量子極限，實(shí)現(xiàn)超過5 dB的多參數(shù)聯(lián)合測量精度量子增益。

　　3.多場調(diào)控的單自旋態(tài)靈敏探測。

　　研究利用光場、電場、磁場等調(diào)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)高空間分辨率量子測量，實(shí)現(xiàn)在10-30 GHz射頻微波范圍內(nèi)通過磁場調(diào)控的單自旋態(tài)靈敏探測，空間分辨率優(yōu)于2埃，自旋態(tài)間相互作用能量分辨率優(yōu)于0.2 μeV。

　　4.基于超冷原子的新型光晶格調(diào)控技術(shù)。

　　基于超冷原子的新型光晶格調(diào)控技術(shù)。實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)光晶格，發(fā)展光晶格體系中周期性調(diào)制、無序、規(guī)范場等多個維度的調(diào)控和小于500納米格點(diǎn)分辨的高分辨原位探測技術(shù)，超冷原子通過光晶格調(diào)控實(shí)現(xiàn)多個新奇量子物態(tài)(關(guān)聯(lián)絕緣體、非常規(guī)超導(dǎo)、量子反常霍爾效應(yīng)、強(qiáng)關(guān)聯(lián)誘導(dǎo)的拓?fù)湫缘?以及原子數(shù)大于100的量子糾纏態(tài)。

　　5.量子糾錯的新方法。

　　針對現(xiàn)有量子糾錯操控技術(shù)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(gòu)建技術(shù)，及其相應(yīng)的可容錯邏輯量子控制技術(shù);發(fā)展糾錯循環(huán)過程中的錯誤影響表征新技術(shù)，厘清量子糾錯實(shí)驗中的關(guān)鍵錯誤因素，并提出相應(yīng)的錯誤緩解策略;發(fā)展精度與張量網(wǎng)絡(luò)解碼器相當(dāng)、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(dāng)前主流量子計算設(shè)備操控水平，不依賴后選擇，提出在200比特內(nèi)實(shí)現(xiàn)10-5級邏輯錯誤率的具體可行方案，并給出可擴(kuò)展的性能提升方法，支撐未來量子糾錯技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

　　6.高精度遠(yuǎn)距離量子干涉技術(shù)。

　　發(fā)展萬公里級大空間尺度單光子、雙光子傳輸和干涉技術(shù)，為廣域量子網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)，為探索引力誘導(dǎo)糾纏退相干、引力紅移和時間膨脹效應(yīng)影響下的量子干涉測量等引力場中的量子效應(yīng)檢驗開辟新途徑。發(fā)展基于量子干涉輔助的天文光干涉技術(shù)，光學(xué)干涉基線長度突破現(xiàn)有極限，達(dá)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(shù)危機(jī)”、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(xué)和天文學(xué)基礎(chǔ)問題檢驗提供新手段。

　　7.面向新物理探索的量子測量技術(shù)。

　　針對超越粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理探測需求，發(fā)展量子精密測量技術(shù)。實(shí)現(xiàn)原子固有電偶極矩(EDM)的高精度測量(精度達(dá)到10-28 e cm量級);對磁單極子和軸子等新粒子進(jìn)行搜尋，發(fā)展新型探測模式，突破現(xiàn)有探測瓶頸，超越現(xiàn)有指標(biāo)(如軸子-自旋相互作用探測界限優(yōu)于10-11 GeV-1，相互作用力程達(dá)到1 μm量級，突破超新星天文學(xué)觀測極限);對自旋相關(guān)第五力進(jìn)行測量，發(fā)展能量分辨率達(dá)到10-24 eVHz-1/2量級的超高精度贗磁信號測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國際領(lǐng)先測量指標(biāo)。

　　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(yīng)用。

　　發(fā)展基于原子干涉、原子自旋等的量子精密測量方法和技術(shù)，支持量子引力、時空特性、極端物質(zhì)狀態(tài)等前沿科學(xué)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(shù)和地球引力勢等的自主測量能力;開展10-7 os-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(dǎo)航精度潛力，實(shí)現(xiàn)自旋-引力相互作用檢驗國際領(lǐng)先指標(biāo)，開展量子慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及應(yīng)用研究，提高無人系統(tǒng)、智能控制等自主定位導(dǎo)航能力。

　　9.冷分子碰撞與反應(yīng)動力學(xué)的探測。

　　發(fā)展外場調(diào)控下超冷分子碰撞和反應(yīng)、里德堡超冷分子長程相互作用反應(yīng)、分子取向操控、高時間/能量分辨冷分子反應(yīng)(<10 K)等實(shí)驗技術(shù)以及冷分子碰撞散射動力學(xué)理論與計算方法，應(yīng)用于量子三體問題、超冷分子動力學(xué)(<100 μK)、分子反應(yīng)立體調(diào)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(shù)中的應(yīng)用。

　　發(fā)展高精度光頻梳、高效低噪聲單光子探測器、超寬譜光電轉(zhuǎn)換等技術(shù)，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(fēng)場和溫度反演，地貌跨介質(zhì)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(shù)，高速運(yùn)動星間高精度測距和時鐘同步，超遠(yuǎn)距離星地鏈路的光頻梳多要素遙感等方面，突破經(jīng)典遙感技術(shù)在探測距離、精度和靈敏度方面的瓶頸。發(fā)展寬譜雙光梳激光遠(yuǎn)程干涉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)火焰中多組分和溫度的實(shí)時遙感測量，助力航空發(fā)動機(jī)燃燒室研發(fā)。

　　11.量子精密測量在極弱磁場測量中的應(yīng)用。

　　突破現(xiàn)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(xué)研究等方面的應(yīng)用，發(fā)展靈敏度達(dá)到aTHz-1/2量級的超高靈敏極弱磁場測量裝置、靈敏度達(dá)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(qiáng)計及芯片化原子磁強(qiáng)計;面向生物體系微觀電磁通路特性解析，發(fā)展溶液條件下實(shí)現(xiàn)單個蛋白質(zhì)分子分辨的多模態(tài)極弱電流-磁場調(diào)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(xué)問題，鼓勵原創(chuàng)性、基礎(chǔ)性和交叉性的前沿探索。

　　(二)優(yōu)先資助能夠解決高精度量子操控與探測中的基礎(chǔ)科學(xué)難題或在相關(guān)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景的研究項目。

　　(三)重點(diǎn)支持項目應(yīng)具有良好的研究基礎(chǔ)和前期積累，對總體科學(xué)目標(biāo)有直接貢獻(xiàn)與支撐。

　　五、2024年度資助計劃

　　擬資助培育項目20-25項，直接費(fèi)用資助強(qiáng)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(yīng)填寫“2025年1月1日-2027年12月31日”;擬資助重點(diǎn)支持項目6-8項，直接費(fèi)用資助強(qiáng)度約為300萬元/項，資助期限為4年，重點(diǎn)支持項目申請書中研究期限應(yīng)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(yīng)當(dāng)具備以下條件：

　　1. 具有承擔(dān)基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷;

　　2. 具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)(職稱)。

　　在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學(xué)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(jìn)行申請。

　　(二)限項申請規(guī)定。

　　執(zhí)行《2024年度國家自然科學(xué)基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關(guān)要求。

　　(三)申請注意事項。

　　申請人和依托單位應(yīng)當(dāng)認(rèn)真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2024年度國家自然科學(xué)基金項目指南》和《關(guān)于2024年度國家自然科學(xué)基金項目申請與結(jié)題等有關(guān)事項的通告》中相關(guān)要求。

　　1. 本重大研究計劃項目實(shí)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(yīng)當(dāng)按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)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(xué)問題，對多學(xué)科相關(guān)研究進(jìn)行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。申請人應(yīng)根據(jù)本重大研究計劃擬解決的核心科學(xué)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(xué)目標(biāo)、研究內(nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費(fèi)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(diǎn)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(jù)申請的具體研究內(nèi)容選擇不超過5個申請代碼。培育項目和重點(diǎn)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(yīng)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(xué)問題、實(shí)現(xiàn)本重大研究計劃科學(xué)目標(biāo)的貢獻(xiàn)。

　　如果申請人已經(jīng)承擔(dān)與本重大研究計劃相關(guān)的其他科技計劃項目，應(yīng)當(dāng)在申請書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請項目與其他相關(guān)項目的區(qū)別與聯(lián)系。

　　2. 依托單位應(yīng)當(dāng)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(tǒng)逐項確認(rèn)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(shí)現(xiàn)重大研究計劃總體科學(xué)目標(biāo)和多學(xué)科集成，獲得資助的項目負(fù)責(zé)人應(yīng)當(dāng)承諾遵守相關(guān)數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項目執(zhí)行過程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關(guān)系。

　　(2)為加強(qiáng)項目的學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)項目群的形成和多學(xué)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(xué)術(shù)交流會，并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會。獲資助項目負(fù)責(zé)人有義務(wù)參加本重大研究計劃指導(dǎo)專家組和管理工作組所組織的上述學(xué)術(shù)交流活動。

　　(四)咨詢方式。

　　交叉科學(xué)部交叉科學(xué)一處

　　聯(lián)系電話：010-62328382