PDF《2018~2019 年度广东省重大科技专项 “量子科学与工程”申...》

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1 2018~2019 年度广东省重大科技专项 量子科学与工程 申报指南 (征求意见稿) 本专项依据国家和省有关科技发展规划,完善政产学研用协 同创新的体制机制,统筹相关高校、科研院所和相关企业的创新 要素和优势资源,着力突破以量子信息为主导的第二次量子革命 的前沿科学和核心关键技术,培育形成量子计算、量子通信、量 子领域重大科学仪器等战略性新兴产业.

2018~2019 年度将针对国家和广东战略需求,在量子通信、 量子计算与量子模拟、量子领域重大科学仪器研发等方面进行布 局,开发三维多比特集成量子计算芯片,研制基于固态量子计算 芯片的专用量子计算机,搭建广东星―地一体量子通信试验示范 网,开展量子通信系统的集成化技术及量子计算初期技术和重大 科学仪器研发.部分技术指标略. 专题一:城域量子安全通信时频网络及关键技术(专题编号: 0324)

(一) 研究内容. 建设广州市量子安全通信时频网络,覆盖主要经济区域,研 究高精度时间同步技术、安全量子时间同步网络关键技术、固态 量子存储技术、量子通信系统的集成化技术.具体内容包括:1. 建设覆盖天河区、白云区和番禺区的量子安全通信时频环网.2. 研究城域网范围内的高精度时间同步技术,并在此基础上完成高 精度位置定位. 3.研究安全的量子时间同步方案, 探索量子力学原 理在时间同步中的应用,并利用量子手段保证时间传输的安全性. 探索利用人工智能及大数据技术进行量子保密时频传输的设计与 分析.4.完成窄脉冲纠缠源、 低抖动单光子探测器等关键器件的研 究设计. 5.研制针对量子卫星与量子中继器的固态存储器 6.研发可 替代量子通信系统分立光学元件的集成光子器件,包括量子通信 发射、接收端芯片、高速稳定的移相器等.

(二) 考核指标. 1.建设量子通信环网, 成码速率不低于相同等级干线或城域网 络指标,实现迂回路由切换和多个用户同时接入使用网络,和量 子时频网络共用物理资源. 2.节点之间实现高精度的量子时间同步 实验,并在此基础上完成高精度位置定位应用示范.3.节点之间实 现高精度的量子安全时频同步实验,可以抵御多种不同的中间人 攻击. 4.研发窄脉冲纠缠源和低抖动单光子探测器, 发射脉宽器件、 探测器单次时间测量抖动达到国际先进水平. 5.研发非通信波长和 通信波长的固态存储器,存储的相干时间达到国际先进水平.6. 研发低损耗和高速的量子通信集成器件. 专题二:基于超导量子芯片的专用量子计算机研发(专题编 号:0325) -

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(一) 研究内容. 研发具有应用价值或应用潜质的专用型量子计算机,其可对 特定问题进行有效的求解,展示量子加速优势,计算能力力争突 破经典计算机的极限,解决量子计算机在实用化过程中硬件和软 件方面重大科学问题和技术瓶颈.具体内容包括: 1.研制具有自主 知识产权的高性能多比特超导量子芯片,包括量子处理器,量子参 量放大器和长寿命量子存储器等. 2.研制量子计算机量子态调控和 读取所需求的高精度仪表测控系统,其具有数模转换功能,模数 转换功能以及基于可编程逻辑门阵列的实时运算和反馈功能.3. 针对特定量子芯片,开发能体现量子加速优势的、面向实用化的 量子算法. 4.整合相关软硬件资源, 研制出应用型专用量子计算机.

(二) 考核指标. 1.固态量子芯片包含不低于

50 个量子比特,其平均退相干时 间(弛豫时间)不低于

20 微秒.单比特门保真度不低于 99.9%, 两比特门保真度不低于 99%.2.自主研发的测控仪表为模块式结 构,模拟带宽不低于 300MHz,采样率不低于 1GS/s,通道数不低 于100 个.3.开发出 2~3 种具有量子加速优势和潜在应用价值的 量子算法.4.在包含

50 比特的超导量子芯片上,针对所开发的量 子算法,实现对特定量子多体物理问题的求解,其计算能力力争 超越商用经典计算机. 专题三:电子束曝光机研制(专题编号:0326)

(一) 研究内容. -

3 - 重点研发应用于量子芯片研制与加工的具有完全自主知识产 权的全系列电子束曝光系统,主要包括:1.以AD/DA 板卡和独立 扫描电子束图形发生器为基础的可配套扫描电子显微镜使用的初 级电子束曝光系统. 2.以独立研制电子枪及电子光学系统为基础的 最高加速电压不低于 50kV 的专业化电子束曝光机. 着重攻关电子 束曝光机所涉及关键核心技术,包括研发用于电子束曝光机的高 能场发射电子枪,针对高能电子束曝光应用的电子光学系统,高 速电子束束闸,高速稳定的电子束矢量扫描系统,大范围写场拼 接所需要的高精度激光干涉样品台,电子束曝光控制和应用软件, 针对电子束曝光中的邻近效应开发高性能修正软件等.通过对电 子束曝光机的研发,实现量子芯片的自主设计加工,减少对相关 进口仪器的依赖,降低芯片制造成本,进而推进量子计算与通信 的技术研究和实用化.

(二) 考核指标. 1.扫描电子束图形发生器, 可装配至主流扫描电子显微镜实现 电子束曝光功能, 扫描速度 5-50 MHz, 数模转换位数不低于 12-18 位.2.高能电子束曝光机,最高加速电压不低于

30 kV,具有纳米 量级束斑,最大写场 500-2000 μm,可加工

10 nm 线宽结构.3.高 精度样品台位移控制精度优于 5nm,最大位移范围 100-200 mm. 专题四:星地一体量子保密通信网络及关键技术(专题编号: 0327)

(一) 研究内容. -

4 - 结合星地一体量子通信网络的总体规划,建设广东省星地一 体量子通信试验示范网,研发网络调度和仿真平台,重点攻关面 向星地一体化量子通信网络组网的技术研究、模拟平台研制及应 用系统研发.具体内容包括:1.建设星地一体量子保密通信网络, 包括量子卫星地面站和地面干线. 2.研发星地量子通信网络的集中 运行调度系统.3.研发星地量子密钥分发仿真系统.4.研制星地量 子密钥分发成码率估算设备.通过对星地一体化量子通信网络的 关键技术攻关及系统研制建设,为星地量子通信网络的工程化实 用化组网打下基础,推进量子通信的产业化发展.

(二) 考核指标. 1.建设星地一体量子保密通信网络, 实现卫星和地面网络的对 接融合,地面网络成码指标不低于相同等级干线或城域网络指标, 地面站指标不低于已发表论文中相关指标参数,需预留接口对接 未来国家规划建设的京广干线和卫星网络. 2.研发星地量子通信网 络的集中运行调度系统,系统拥有低任务调度策略制定时间,高 调度策略执行成功率,高任务系统可用率,具有实用价值.3.研发 星地量子密钥分发仿真系统,支持环境数据及卫星轨道数据采集, 支持星地成码率估算,仿真系统结果偏差小,单次任务仿真时间 短,具有实用价值.4.研发星地量子密钥分发成码率估算设备,支 持夜间云量分析,支持周边环境遮挡情况分析,支持温湿度测量, 支持卫星轨道信息录入,支持星地成码率估算.系统估算偏差率 低,系统估算用时短,具有实用价值. -

5 - 专题五:量子计算云平台(专题编号:0328)

(一) 研究内容. 开放和适配各类通用量子计算硬件系统的云平台及相关应用 核心技术. 主要包括:1.研制底层的量子计算硬件设备微型核磁共 振设备和量子测量和操控系统.2.研制适用于核磁共振量子计算、 超导量子计算和离子阱量子计算等量子计算硬件设备的通用量子 计算云平台框架.3.研制具备可扩展量子计算功能的应用软件模 块、量子操作系统,包括量子人工智能模块等.4.量子霸权验证技 术开发. 5.量子化学和多体系统的量子模拟. 6.量子人工智能系统.

(二) 考核指标. 1.自主研发微型核磁共振谱仪: 在合适的磁场强度下达到高精 度的磁场均匀度,以及实现精确地温度控制,达到国内领先水平. 2.量子测量和操控系统:高信噪比、精确的相位控制、以及高精度 的脉冲波形,脉冲相位、强度和宽度可任意设置,实现量子操控 脉冲序列生成的自动化. 3.云平台框架:可接入任意多台通用量子 计算硬件设备,至少接入

3 种不同平台的量子计算设备(包括但 不限于核磁共振量子计算, 超导芯片量子计算, 离子阱量子计算) , 可接入同一类平台下多台量子计算设备,实现用户管理和任务优 化,实现多用户同时在线,实现硬件控制层的开放 API.4.量子人 工智能模块:利用通用量子计算硬件实现多种量子计算算法,利 用机器学习提高量子计算操控精度.5.对某些量子比特的量子线 路,判断要达到量子霸权(quantum supremacy)的资源需要.6. -

6 - 针对多量子比特的实验平台, 给出可行的量子化学和多体系统的 模拟方案.7.参与国际性量子软件开发项目, 自主开发具有量子优 势的量子人工智能系统,参与制定量子软件国际标准,防止欧美 核心技术垄断. 专题六:面向量子计算/模拟的全光量子计算/模拟芯片研发 (专题编号:0329)

(一) 研究内容. 重点研发面向量子计算/模拟的全光量子芯片,利用混合集成 技术实现片上单光子源、纠缠光源、单光子移相器、高速光开关、 单光子频率转换器和单光子探测器的集成,构建量子计算与量子 模拟的通用光学实验平台,为演示量子霸权打下基础.

(二) 考核指标. 1.实现芯片上触发式单光子源,单光子纯度高,收集效率高. 2.实现芯片上触发式纠缠光子源,纠缠保证度高, 光子对收集效率 高,光子不可分性可见度高.3.基于硅基(Si,SiN)自发四波混 频效应的集成纠缠光子源.4.演示硅基光波导(Si,SiN) ,铌酸锂 移相器以及超导材料的单片集成.5.研发规模多路的高速光开关, 开关时间短.6.研发单光子频率转换器,频率转换效率较高. -

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