校园百科

       正在迅速兴起的各种崭新而尖端的量子系统相干控制技术——量子通信、量子计算、量子模拟、量子精密测量等，为解决若干制约人类社会进步的重大前沿科学技术问题提供了超越经典极限的途径，成为各国重点支持的战略性发展方向。而随着该领域进入到深化发展阶段、某些量子技术进入到系统集成和产业化攻关阶段，迫切需要通过全方位的机制体制改革，实现优势互补、强强联合、协同攻关，走出一条跨越式发展的新路，为我国在国际上引领未来量子科技革命奠定基础。在此背景下，以我国在该领域最具研究实力的中国科学技术大学为牵头单位组建“量子信息与量子科技前沿协同创新中心”，具有明显的紧迫性、前瞻性和战略性。

以我国在量子信息与量子科技前沿研究领域取得的优势为基础，抓住在该领域可能实现重大科技突破、带动我国自然科学技术跨越式发展和综合科技实力大幅提升的机遇，以体制机制改革推动该领域的科学研究、人才培养及团队建设，力求打破原来资源分散、各自为战、合作松散的局面，建立更加高效、持续的协同创新模式，形成集群优势，开展高质量的协同创新，全面提高量子科技领域的创新能力，形成该领域的国际著名的学术中心。以原始创新为基础，着力发展变革性技术，进而培育战略性新兴产业，对我国国民经济的发展和社会进步做出重要贡献。

5年发展目标：

　　（1）突破实用化量子通信技术和产业化一系列关键技术和关键器件的瓶颈，实现千公里量级实用化量子通信网络，并借助于卫星平台开展星地量子通信实验、发展星地远距离量子通信技术，在国际上首次实现星地间高速量子通信，并实现与地面量子通信网络的有效链接，初步构建我国的广域量子通信体系。参与国际量子通信标准的制定，并制定我国的量子通信标准，为在我国形成世界领先的量子通信行业打下坚实的基础。

　　（2）实现量子相干和量子纠缠的长时间保持以及20个左右量子比特的相干操纵，演示重要的量子算法，对一些较低复杂度的物理机制进行量子模拟，利用量子精密测量大幅提高对重力、时间、位置等的测量精度，对生命系统中的量子相干效应开展探索性研究，不断开拓新的量子前沿交叉研究方向。

10年发展目标：

　　（1）实现成熟的高速率实用化广域量子通信网络技术，构建完整的广域量子通信网络体系，并在国防、国家安全、金融、信息等领域得到广泛应用，形成具有国际引领地位的战略性新兴产业。

　　（2）实现50个左右量子比特的可扩展量子相干网络，实现量子计算机的基本功能，对一些复杂物理体系进行量子模拟，实现实用化的量子精密测量，在新的量子前沿交叉研究方向不断产生重大原始创新成果和变革性新技术。

　　（3）物理学科5年进入“美国基本科学指数（Essential Science Indicator，ESI）”全球排名前50位，10年进入前30位。产生数项具有国家自然科学一等奖、Science杂志评选的年度世界十大科技进展、美国物理学会和欧洲物理学会评选的国际物理学重大进展等荣誉水平的研究成果，具备冲击相关领域国际大奖的实力。

　　（4）将中心建设成为在量子信息与量子科技前沿研究领域具有世界一流水平的人才培养和聚集高地、科学研究高地、技术积累高地、应用研发高地和成果转化高地，实现基础研究、关键技术创新与集成、工程化产业化研发、成果转移与规模化产业间的有效链接，成为新学科和新研究方向的开创者，成为先进科学思想和技术的引领者，成为战略性新兴产业的摇篮。

       中国科学技术大学主要从事科学和技术基础研究，为原始创新的源头，本着“有限目标，重点突破”的原则，对有希望实现可扩展量子信息处理的几类物理系统开展系统性的前沿基础研究，并不断开拓新的量子前沿交叉研究方向。南京大学、中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院半导体研究所、国防科学技术大学等协同创新单位一方面为基础研究提供必要的技术支持，另一方面协同中国科学技术大学从事基础研究成果向技术成果的转化工作。此外，中心还凝聚了其它单位该领域的一批优秀科学家共同开展协同创新研究。

       根据中心协同创新的总体思路和发展目标，从牵头高校以及主要参与单位的实际情况出发，中心进行顶层设计，在人员聘用、考评与激励机制，评价体系，资源配置与支持方式，科研运行协同管理机制，人才培养与教育模式等方面进行全方位的改革。

中心现设六个研究部：

      （1）光与冷原子量子物理和量子信息研究部

      （2）分子系统量子测量与控制研究部

      （3）基于固态系统的量子物理和量子信息研究部

      （4）量子-X研究部

      （5）量子材料与器件研究部

      （6）量子理论与模拟研究部

1、基地

　　（1）国家同步辐射实验室

　　（2）稳态强磁场实验装置

　　（3）固体微结构物理国家重点实验室

　　（4）红外物理国家重点实验室

　　（5）半导体超晶格国家重点实验室

　　（6）集成光电子器件国家重点实验室

　　（7）核探测与核电子学国家重点实验室

　　（8）合肥微尺度物质科学国家实验室

　　（9）中国科学院量子信息重点实验室

　　（10）中国科学院量子技术与应用研究中心

　　（11）中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室

　　（12）中国科学技术大学公共实验中心

2、实验平台

　　（1）光与冷原子量子物理和量子信息研究部

　　（2）分子系统量子测量与控制研究部

　　（3）基于固态系统的量子物理和量子信息研究部

　　（4）量子-X研究部

　　（5）量子材料与器件研究部

　　（6）量子理论与模拟研究部

       中国科学技术大学和南京大学拥有国家“量子调控”重大科学研究计划两大委托研究基地——合肥微尺度物质科学国家实验室和南京微结构国家实验室。从2006年开始，两校作为首席科学家单位，承担国家“973”（国家重大科学研究计划）项目17项，经费总计约6.4亿元。长期以来，两校发挥学科与地理优势，在两个国家实验室和中国科学院量子信息重点实验室等重点科研平台上，通过共同承担国家重大项目，协作开展量子调控和量子信息前沿研究，在超导纳米线单光子探测器研制、可扩展固态量子计算研究等方面产生了诸多具有国际影响的高水平研究成果，培养了一批活跃的中青年研究骨干，形成了富有创造力的科研队伍，具备了引领学科发展、建设国际性专业研究中心的基础条件。

　　在过去的几年中，中国科学技术大学领衔实施了中国科学院知识创新工程两个重大项目《远距离量子通信实验研究》和《空间尺度量子实验关键技术研究与验证试验》，与中国科学院上海技术物理研究所有着长期、稳定的合作。两个单位本着优势互补的原则，自2007年以来联合开展空地自由空间量子实验关键技术研究和模样研制，在实现基于卫星平台的自由空间量子通信和量子力学基础检验方面形成了很强的国际竞争力。在长期的合作研究过程中，建立起了一支既能进行科学探索、又能进行成果集成和技术攻关的科研队伍。同时，两个单位也为面向前沿基础研究并需工程实施配合的重大科学工程制订了一套规范且高效的组织架构和运行管理模式，为目前正在实施的中国科学院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”这一重大科学工程的顺利开展提供了重要的机制体制保障。

　　中国科学技术大学与中国科学院半导体研究所通过共同完成国家自然科学基金委重点项目《半导体量子点非经典光辐射效应研究》、中国科学院知识创新工程重要方向性项目《半导体量子点的制备及其量子态的操控》等项目，在半导体量子点的生长加工、测试与应用方面有着长期且有成效的合作。

　　国防科学技术大学在高性能计算技术和应用方面具有很强的研究实力，在国内外享有较高的声誉。为了共同服务于国家战略需求，国防科学技术大学计算机领域的专家和中国科学技术大学量子通信技术领域的专家近年来大力促进优势互补，开展了大量的量子通信系统攻防安全性验证实验，为提高实用化量子通信技术的安全性积累了丰富的经验。同时，两校共同发展量子通信实用化技术，并共同推动该技术在国防和国家安全领域的应用。

      中国科学技术大学和中国科学院上海技术物理研究所自2007年在中国科学院知识创新工程重大项目的支持下联合开展空地自由空间量子实验关键技术研究、并推动在中国开展星地自由空间量子通信实验的过程中，在科技创新、人才培养、队伍建设等方面开展了卓有成效的协同攻关，同时为面向前沿基础研究并需工程技术配合的重大科学工程实施摸索出了一套规范且高效的运行机制，是本协同创新体的前期孕育期。2010年10月，中国科学院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”这一重大科学工程的论证和顺利启动之后，中国科学技术大学在该校上海研究院成立了量子工程中心，联合中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院小卫星工程中心等单位共同开展星地量子通信实验技术和器件研制，各方人员实现了互聘，培育了一大批在基础研究和技术工程攻关方面具有综合研究能力的研究骨干，进一步践行了各项协同创新运行机制，标志着本协同创新体进入了实质性的培育组建阶段。

　　同时期，基于量子通信、量子计算研究中大量核心量子器件的需求，南京大学、中国科学院半导体研究所等单位相继加入本协同创新体，在国家重大科学研究计划等项目的支持下共同开展量子信号探测器件与材料、量子光源、固态量子器件与材料等方面的协同攻关。

　　教育部“高等学校创新能力提升计划”正式实施后，为了贯彻落实该计划的总体要求，抓住科技和教育发展的重大机遇，2012年7月18日，本协同创新体各参加单位在中国科学技术大学召开了中心建设工作研讨会，标志着协同创新中心的正式组建。此次研讨会详细分析了量子科技前沿领域发展的国际发展态势，对协同创新中心的研究方向、建设目标、研究基础、队伍基础、组织结构、机制体制以及人才培养等进行了深入的研讨。在此次研讨会上，各共建单位共同签署了《协同创新中心组建与分工协议》。根据各单位达成的共识，会后发布了《中心章程》、《理事会工作条例》、《人员聘任管理暂行办法》、《人员评价考核暂行办法》、《学生培养模式改革暂行办法》、《资源整合与开放共享暂行办法》、《科研组织与协同研究暂行办法》、《经费保障与管理暂行办法》等一系列制度性文件。

　　2012年9月8日，协同创新中心建设工作座谈会在北京举行，中国科学院和教育部相关领导、中心理事会成员及各协同单位有关部门负责人等参加了会议。与会领导和专家对中心的下一步发展提出了具有建设性的意见和建议。

       中心由中国科学技术大学牵头，主要参加单位包括南京大学、中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院半导体研究所、国防科学技术大学四家单位，此外还凝聚了其它单位一批优秀科学家共同开展协同创新研究。

　　中国科学技术大学主要从事科学和技术基础研究，为原始创新的源头，本着“有限目标，重点突破”的原则，对光子与冷原子系统、分子尺度系统、固态系统等有希望实现可扩展量子信息处理的物理系统开展协同性的前沿基础研究，并将量子系统的相干控制技术应用到生命、能源以及其它若干基础领域，开拓新的量子前沿交叉研究方向（统称为量子-X）。南京大学、中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院半导体研究所、国防科学技术大学等协同创新单位一方面为基础研究提供必要的技术支持，另一方面协同中国科学技术大学从事基础研究成果向技术成果的转化工作。具体来说，南京大学将在固态量子芯片、超导量子比特器件等优势研究方向开展协同研究；中国科学院上海技术物理研究所和半导体研究所将在自由空间光量子传输与探测技术、量子通信中的半导体量子光源及半导体单光子探测器所需的器件和材料方面开展协同研究；国防科学技术大学为量子技术在国防和国家安全领域的应用提供协助，并利用其研究优势开展验证量子通信实用安全性的攻防技术攻关。

      此外，中心还凝聚了其它单位该领域的一批优秀科学家共同开展协同创新研究，包括孙昌璞院士（量子物理与量子信息理论，中国工程物理研究院），王向斌教授（量子密码理论，清华大学），游建强教授（固态量子计算，复旦大学），朱诗尧教授（量子光学，北京计算科学研究中心），陈启瑾教授（冷原子物理理论，浙江大学），朱诗亮教授（量子计算、激光与原子相互作用，华南师范大学），张靖教授（冷原子物理，山西大学）、王晓光教授（量子信息理论，浙江大学），曾和平教授（精密测量与量子探测，华东师范大学），范桁研究员（量子信息理论，中国科学院物理研究所），马雄峰教授（量子信息理论，清华大学）等。