量子调控研究国家重大科学研究计划十二五专项规划.docx
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量子调控研究国家重大科学研究计划十二五专项规划
量子调控研究国家重大科学研究计划”十二五”专项规划
篇一：
量子调控研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划
附件2：
量子调控研究国家重大科学研究计划
“十二五”专项规划
一、形势与需求
上世纪初量子力学的创立使人类深刻地认识到微观世界存在着丰富的量子效应，极大推动了物理、化学、材料、生物等学科的发展，彻底改变了人类对自然的认知。
量子理论的发展导致了以大规模集成电路为基础的计算机技术和以激光为基础的现代通信技术等，带动了全球经济的飞速发展。
摩尔定律预言芯片元件的尺寸在不远的未来将达到经典物理极限，各种量子效应会显现出来并成为普遍现象。
因此，基于量子效应的新原理和新方法将成为未来信息技术的重要基础，已经成为当前国际科技界激烈竞争的焦点。
量子调控是在认识量子现象和规律的基础上，通过开发新材料、构筑新结构、发现新物质态以及改变外场条件等手段对量子现象进行调控和开发利用，突破经典调控的极限，建立全新的量子调控技术和量子器件。
开展量子调控研究具有重要的前瞻性和重大战略意义，对信息科学技术的发展产生不可估量的影响。
将量子信息、关联电子体系、小量子体系和人工带隙体系这些重要领域有机地整合到研究计划中，将推动整个信息产业的技术革命，促进经济和社会的发展。
—1—
自量子调控研究计划实施以来，我国在量子调控领域的研究水平显著进步并在相关方向取得了一系列重要突破。
实用化量子密码技术和量子通信技术取得了重大进展。
首次在商用光纤骨干网中运行了城域量子保密通信网；建立了世界上第一个“量子政务网”；成功研制了国际上首个可升级的全通型量子通信网络——五节点星型实时语音加密量子通信网络；在量子密钥分配速率等方面实现突破，极限传输距离已经达到255公里左右；首次实现了基于诱骗态的3节点光量子电话网；实现了自由空间量子纠缠和量子密钥分发，首次实现16公里远距离自由空间隐形传态实验。
铁基超导研究处于国际前沿。
发现了多种新的铁基超导材料，包括最先报道转变温度超过麦克米兰极限的超导体，最先发现多个最高转变温度纪录的系列铁基超导材料。
通过输运性质的系统研究，建立了铁基超导的相图，在配对机制等重要科学问题上取得突破。
拓扑绝缘体研究位居国际前列。
首次发现了室温三维强拓扑绝缘体；成功实现拓扑绝缘体的门电压调控；从理论上预言了一类新的拓扑绝缘体——磁性拓扑绝缘体，可在没有外磁场的情况下实现量子霍尔效应；利用高压手段观察到拓扑绝缘体中的超导态。
光学超晶格的研究从非线性光学拓展到量子光学。
利用多重准相位匹配，在光学超晶格中制备出多光束连续变量和路经纠缠的高维纠缠态，实现了纠缠态空间模式的调控，观察到相应的亚波长干—2—
涉效应。
“十一五”期间，量子调控研究在实用化量子密码技术和量子通信技术、铁基超导和拓扑绝缘体等研究方向取得了一系列国际领先的重要研究成果。
在量子计算、冷原子体系、关联电子新材料开发和量子信息技术的集成等方面还有待进一步加强。
二、总体思路与发展目标
（一）总体思路
继续保持我国在实用化量子密码技术和量子通信技术、铁基超导和拓扑绝缘体等研究领域的领先水平。
同时，围绕国家重大战略需求和重大科学前沿问题，以功能化集成和实用化为导向，积极推动原始创新研究，进一步加强新材料、新物质态和新原理原型器件的研究力度，鼓励仪器设备研制等研究手段的创新。
（二）发展目标
在新物质态和新原理原型器件的研究方面取得重要突破，探索和发现若干全新的关联电子体系材料、小量子体系材料和人工带隙材料，推进量子通信技术的实用化和量子技术标准与协议的制定，开发具有自主知识产权的关联材料设计和计算软件平台。
在量子信息、关联电子体系、小量子体系和人工带隙体系等方面取得国际一流水平的成果，培养一批具有国际竞争力的研究团队和领军人才，建立若干国际一流水平的量子调控研究基地。
三、主要任务
（一）量子信息
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基于光子的量子信息处理。
制备单光子源，研究用于量子信息的各种优质光源，在频谱、亮度、纠缠度以及可控性等方面获得突破。
探索基于连续和分离变量的光子系统的量子信息处理技术，研究非经典光子源的测量、基于各种光学测量的量子态的重构和新型单光子探测器件集成等。
开展实现量子信息在光子与物质界面间的相干控制研究。
基于固态系统的量子信息处理。
研究固态系统中的退相干机制及抑制机理，基于量子点的固体量子信息元器件和量子芯片。
研制基于量子点的高品质单光子源和确定性纠缠光源，探索基于量子点的新型量子存储。
研究基于超导约瑟夫森结微纳结构的量子信息处理，与腔共振耦合的超导量子比特等。
研究基于掺杂的固态和分子团簇体系的量子信息，以及各种量子计算方案及关键技术。
基于冷原子（离子）、分子的量子信息处理。
研究冷原子系综中的量子信息存储，制备基于确定性原子操控的量子寄存器，发展量子关联和纠缠带来的超越标准量子及极限的测量技术。
研究极性分子的囚禁、冷却、控制和探测，集成分子芯片和基于极性分子间偶极相互作用的量子信息处理。
研究基于原子分子操控的量子计量，以及原子（离子）、分子在受限空间中的量子特性及量子信息处理。
量子仿真。
在参数可控的各种量子系统中，实现多体系统的有效相互作用，模拟关联体系等复杂系统，研究相关量子行为。
发展有效控制量子多体系统的新方法。
—4—
量子通信与信息安全。
研制量子中继器。
研究卫星的量子通信和扩展量子通信距离的有效中继方法。
研究远距离绝对安全的实用化量子通信。
建立城域和城际的多节点光纤量子通信网络，实现大规模网络化的量子通信。
发展与量子通信相关的理论，研究各种窃听和反窃听以及提高安全性的方法，推动量子通信协议标准的制定。
量子信息理论。
研究与量子信息过程物理实现相关的理论，量子纠缠理论，量子算法与复杂性，退相干机制和抑制方法，量子编码，量子信道容量，量子编程和新型量子计算途径等。
（二）关联电子体系
新颖关联量子材料。
探索和发现具有奇异物性的强关联体系新材料和新材料体系，制备关联量子材料高质量单晶和异质结，实现对其尺寸、组分、形态以及掺杂的精确控制，并发展其微加工技术。
竞争序和量子相变。
研究各种非常规关联量子材料中的自旋密度波、电荷密度波与磁性有序之间的共存和竞争。
研究电荷、自旋与轨道自由度之间的相互作用效应和各种量子相变与量子临界现象。
研究拓扑绝缘体的物理特性，重费米子体系的量子临界现象，低维结构中的近藤效应，分数量子霍尔效应系统，自旋费米液体和各种磁阻挫系统等。
关联量子现象理论与数值模拟。
发展超越平均场近似的理论和方法，建立正确描写新型关联量子系统的理论模型；研究跨尺度的计算模拟技术，发展研究物性的新计算方法，建立有自主知识产权—5—
篇二：
全球变化研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划
全球变化研究国家重大科学研究计划
“十二五”专项规划
一、形势与需求
全球变化是指由自然因素和人类活动引起的地球系统功能的全球尺度的变化，以全球变暖为突出标志的气候变化是全球变化的重要表现之一。
全球变化研究是本世纪国际地球科学的前沿领域，其关注的科学问题对当今世界政治、经济发展和外交事务具有重大和深远的影响。
当前国际全球变化研究强调以可持续发展为导向，建立、加强和整合全球和区域的观测体系，提高对未来环境变化及其对人类影响预测的可靠性，避免和控制具有破坏性的全球环境变化，健全评估机制，鼓励技术、政策和社会响应创新，设计能有效推动全球可持续发展的制度和行为，为未来10年实现全球可持续发展的目标提供科学支撑。
我国在过去气候变化、季风、生态系统碳循环、干旱化与冰冻圈等方面已取得了一批有国际影响的重要成果，其中在高分辨率气候序列重建、东亚季风机制和陆地生态系统碳收支等方面形成了优势。
但与发达国家相比，还存在跨学科交叉集成程度不高，数据系统参与国际比较能力不足，地球系统模拟研究深度不够等问题。
通过部署全球变化研究国家重大科学研究计划，抓住国际全球—1—
变化科学发展的契机，全面开展全球变化科学研究，在若干关键科学问题上取得重大突破，有力推动我国全球变化科学发展，为国家应对全球变化、保障社会经济可持续发展和参与国际气候变化谈判提供科学支撑。
二、总体思路与发展目标
（一）总体思路
积极贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（20XX-2020年）》、《应对气候变化国家方案》和《中国应对气候变化科技专项行动》，面向国家重大需求和国际科学前沿，进一步整合资源，强化全球视野，突出中国特色，加强学科交叉和集成研究，完善平台建设，实现数据共享，研发地球系统模式，显著提升我国全球变化研究水平和为全球可持续发展提供科学支撑的能力。
（二）发展目标
在全球变化基本规律、人类活动对全球变化的影响、气候变化影响与适应、地球系统模式、地球系统变化趋势预测等研究领域的关键科学问题上取得一批原创性成果，在季风亚洲-北太平洋-印度洋区域地球系统动力学与气候变化研究方面取得国际领先地位；建立和完善全球变化科学数据采集、处理和管理平台，建设全球变化科学基础数据集（库）；建立具有自主知识产权的地球系统模式；提高对未来环境变化及其对人类影响预测的可靠性；培育国际一流水平的研究队伍。
为国家应对全球变化，保障社会经济可持续发展和参与国际气候变化谈判提供科学支撑。
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三、主要任务
（一）全球变化的事实、过程和机理研究
从地球系统的整体性出发，通过统计和动力诊断、理论分析、实验模拟和数值模拟、综合集成等研究手段，揭示全球变化的事实、过程和机理，辨识地球系统圈层相互作用和非线性响应机理，探讨全球变化可预报性与有关认识的不确定性，建立全球变化的预测理论。
全球气候变化的事实、成因及多尺度相互作用。
全球气候变化事实、过程及其驱动机制诊断；全球气候变化区域差异及多尺度相互作用；地球系统自然历史周期特征及机制分析；气溶胶-云-辐射反馈过程在全球气候变化中的作用及不确定性；东亚季风气候的年代际变化及其与全球气候变化的联系和预测；西风带气候变化及其对全球变化的响应和影响；过去3000年树轮、沉积等气候代用记录及发展趋势；长时间气温时空演变及其与全球变化的联系；过去千年全球气候演变特征及其与中国气候演变的对比；小冰期后期以来极端气候事件的发生发展规律。
海-陆-气相互作用的过程和机理及其与全球变化的关系。
地表圈层生物地球化学（c、n、S、P等）耦合循环对全球变化的影响和反馈机理；气候变化背景下冰冻圈-生物圈-水圈非线性相互作用过程及互馈联动机制；海-陆-气相互作用对季风爆发及变化的影响；地表各圈层运行的临界突变过程与不可逆性；重大环境事件的形成原因及其区域响应的非线性特点；亚洲风尘起源和沉降的过程及其—3—
对全球变化的作用；新生代大陆风化剥蚀过程与全球二氧化碳排放变化的关系；第三极环境（TPE）过程及其对全球和中国周边地区环境变化的影响；海洋对全球变暖的响应及其对气候变化的调控作用；海洋生物地球化学循环与海洋碳封存效应；暖池及海洋通道变化对中国近海环流的影响机制；太平洋-亚洲边缘海相互作用与环境演变；太平洋-印度洋-南大洋环流变异对暖池及全球气候的影响；深海混合过程在热盐环流和全球气候变化中的作用；深海物理数据的重构、误差估计及年代际气候变化信号提取；南极冰架-南大洋-三大洋海气过程对全球变化的作用。
气候系统的敏感性、突变及其变化的可预报性。
全球气候变化阶段性转折的基本特征和规律；气候系统对外在因素扰动的敏感性以及突变的机理；引起全球气候突变的可能阈值；各种时空尺度气候变化以及全球海洋-大气-陆地系统的季-年际-年代际气候变率的可预报性；全球气候变化阶段性转折和突变的预报理论与方法。
全球变化敏感区的气候与环境变化规律及其预测。
对全球气候变化较为敏感的地区的辨识理论；敏感区气候系统季节-年际-年代际尺度的海陆气相互作用特征；敏感区气候预测、预报理论与技术；中国上新世以来陆地生态系统与气候环境的协同演化及青藏高原隆升驱动；全球干旱化及其区域分异的规律和机理；全球变化对非洲大陆干旱化影响与驱动力。
日地关系、地球深部过程对全球变化的影响。
天文与地球运动因子对气候变化影响；空间辐射对全球气候影响的机制及其定量评—4—
估；岩浆火山活动、地震活动、不同规模和能量级别的构造活动对大气中温室气体及全球变化的影响。
（二）人类活动对全球变化的影响研究
重建温室气体、人为气溶胶排放和大尺度土地与近海利用变化过程，在充分认识气候的自然变率及其成因机制的基础上，评估人类活动对全球变暖的贡献，建立全球温室气体排放、碳转移检（监）测技术体系，预测未来20-50年全球温室气体排放趋势。
全球温室气体排放、碳转移检（监）测技术体系。
全球温室气体排放“三可”技术、方法体系；历史和当代国际温室气体排放、碳转移检（监）测技术、方法；未来20-50年全球温室气体排放趋势预测。
大尺度土地与近海利用变化对全球变化的影响。
强烈人为（:
量子调控研究国家重大科学研究计划”十二五”专项规划）扰动背景下的流域侵蚀与碳循环过程和通量；不同时空尺度土地利用与土地覆被变化过程、驱动机制及其对全球变化的影响；土地利用对区域生态系统结构与功能、生物多样性、生态系统服务功能的影响；大型工程（大型植被恢复与建设工程、水利工程等）的环境效应；城市化过程的气候与生态效应；近海养殖与海岸带开发对海洋生态系统及生物多样性的影响；近海地区营养物质对碳收支和全球变化的影响。
人为气溶胶排放对全球变化的影响。
人为气溶胶排放的时空分布规律、干湿沉积过程和辐射特征及其对全球变化的影响；重点区域气溶胶的起源、气候和生物地球化学效应及其对全球变化的作—5—
篇三：
蛋白质研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划
蛋白质研究国家重大科学研究计划
“十二五”专项规划
一、形势与需求
蛋白质是生命活动的主要执行者。
对蛋白质结构与功能、相互作用和动态变化的深入研究，将有助于揭示生命现象的本质。
蛋白质研究取得的众多成果也将是新药创制、传染病防诊治、农作物改良、生物能源转化、工业生物催化等各个领域的重要创新源泉。
目前，国际蛋白质研究进入了快速发展期，呈现出以先进技术驱动蛋白质研究的发展趋势。
在高精度冷冻电镜和分子影像等技术推动下，蛋白质研究逐步从分子水平向细胞、个体等更高维度发展，并注重对蛋白质在细胞、生物体中的“在体”研究。
随着同步辐射、核磁共振、原子力显微镜等分子结构分析技术的进步，蛋白质研究更加注重超复合物和分子机器等复杂体系。
由于高分辨质谱和高性能计算技术的进步，规模化、定量化的蛋白质组研究已经提升到了新的高度，从蛋白质相互作用网络的结构及其动态变化规律中认识复杂生命系统，已经成为蛋白质研究的一个重要发展方向。
当前的蛋白质研究，是集中了包括生物化学、生物物理学、分子生物学、细胞生物学、结构生物学、蛋白质组学、系统生物学等多个生物学分支学科的综合性研究体系，需要各种学科的相互协作；现代物理学、光学、信息技术等对促进蛋白质科学研究
和诸多生物医学领域的快速发展起到了至关重要的作用。
因此，综合各种学科和不同研究技术的复合型研究已经成为目前国际蛋白质研究的主要方式。
蛋白质研究国家重大科学研究计划引领了我国蛋白质研究，目前已取得了一系列重要的成果，包括解析了一批具有重要生物学功能的蛋白质及其复合物的空间结构，建立了国际上最大的人类正常肝组织、肝病和肝癌系列的蛋白质表达谱和相互作用网络图；发现200余种针对人类重大疾病的潜在药物靶标或诊断标志物；通过肿瘤靶向的新型纳米药物输送系统实现了药物在肿瘤细胞内的靶向富集，为临床肿瘤治疗提供了新的有效手段；发展了高丰度蛋白质去除和低丰度蛋白质富集的成套关键技术，为重大疾病靶标和诊断标志物的发现提供了高效可行的技术方案。
蛋白质研究国家重大科学研究计划的实施，锻炼了创新队伍，培养了一批年富力强、创新能力突出的学术骨干，形成了我国蛋白质科学研究的人才梯队。
国际蛋白质科学研究与交流取得了重大进展，牵头组织实施了国际人类肝脏蛋白质组计划，并与多个国际一流研究机构成立了联合实验室（中心），促进了蛋白质研究领域的重大国际合作。
但是，与国际蛋白质研究的先进水平相比，我国的蛋白质研究源头创新能力有待加强，重点需要促进多学科交叉合作研究、关注蛋白质研究的原创性新技术新方法、提升解决重大科学问题的合力。
二、总体思路与发展目标
（一）总体思路
紧密围绕我国经济与社会发展的重大科技问题和重大科学前沿，以蛋白质结构与功能、相互作用和动态变化的研究为重点，以蛋白质研究技术与方法创新为支撑，加强新技术新方法在蛋白质研究中的推动力；在结构生物学、蛋白质组学、蛋白质研究新技术和新方法、蛋白质合成、降解与调控机制、蛋白质生物学功能、系统生物学、药物靶标和分子诊疗等7个方面强化部署；加强项目与国家蛋白质科学研究设施、相关国家重点实验室等基地的紧密结合；加强蛋白质研究国家重大科学研究计划与国际相关计划的合作。
（二）发展目标
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