究多周期量子点层结构量子材料特征频率和量子材料的能带关系；利用传输矩阵计算材料作为光子振荡器的反射谱；结合实验结论设计微纳结构材料的结构和材料的组分。
利用MOCVD技术，生长InGaAs/GaAs和InGaN/GaN等单层量子点或量子点多层结构，探索控制量子点尺寸、形状、分布均匀性和密度的生长工艺。研究控制量子点的表面成核位置和成核的可控生长技术，采用图形化衬底生长技术，解决直接用电子束、聚焦离子束带来的损伤和杂质污染等问题，将图形化衬底和自组装生长技术相结合，制备尺寸分布均匀，密度合适，空间有序性好，发光性能好的多周期量子点二维阵列。用电子束曝光法制备网状SiO2掩膜, 在底上利用聚焦离子束技术(FIB)和光辅助湿法刻蚀相结合的方法制成圆形窗口，形成纳米尺度图形化衬底模板，然后再进行外延生长量子点层材料。还将利用量子点垂直耦合技术，应用多层垂直耦合的应变自组装效应，得到空间有序性良好的量子点。采用原子力显微镜和投射电子显微镜对生长条件与量子点的尺寸、密度、形状的关系进行研究。用光荧光谱、荧光激发谱、微探针荧光谱、阴极荧光谱以及瞬态光谱等技术研究量子点激子的发光性质、光吸收性质、单量子点的发光性质、量子点发光的均匀性和载流子的寿命，用电容谱对量子点的电子态及电子态的填充进行研究，用X射线衍射、拉曼光谱对量子点的应力场进行表征分析并反馈于生长，为外延生长技术的改进提供快速信息反馈。
通过使用平面空间调制器设计合成出立体的空间光场分布，光场合成包括“确定性”的合成技术与闭环回路的自适应控制合成技术。在合成出特定光场分布的基础上通过在感光材料中记录所建立的光场以实现功能性光量子调控器件模板的制备，在可改变的记录材料中通过控制激发方式优化系统的输出函数（例如荧光的定向发射）。为此，将根据光场分布的目标函数，通过逆向算法求解空间调制器的振幅与位相设置。对于自适应控制的光场合成技术，其控制方法是将一束激光通过空间调制器，实时改变其振幅与位相分布。显微系统和CCD探测装置可实时记录所产生的光强分布。比较记录的光强分布与理想目标光场，计算它们之间的偏离值，采用遗传算法进行计算机数值控制，优化空间调制器的设置，获得一个新的光场分布，再比较，再循环，直至CCD所记录的光场数值与理想
值的偏差在误差设定范围内。这样就可以通过自适应方法自动产生一个设定的光场分布。通过后续样品处理方案，即可获得功能性光量子调控器件。
(二) 本项目的特色与创新之处
本项目提出探索固态系统中光与物质的强相互作用，克服环境的退相干影响，从而实现电子态、光子态的量子调控和非线性光学效应。研究固态系统中光与物质强相互作用的调控机理、非线性光学效应、量子光辐射控制、量子纠缠、量子态的存储、量子态动力学超快探测和超快激光操控等的新原理、新方法和新技术。如前所述，其中存在许多具有挑战性的问题有待我们去攻克，国际上在该领域的研究正处在方兴未艾的阶段，这为我们在这一领域开展原创性研究提供了巨大的机遇。本项目在研究上的突破，将会极大的促进新一代量子调控器件及量子光电子器件的诞生，为我国在未来国际量子高新技术领域的激烈竞争中赢得一席之地做出重要的贡献。项目特色和创新之处具体表现在如下四个方面：
（1） 提出通过功能微纳电磁介质中的缺陷模和界面模实现固态腔量子电动力学效应，进而实现可扩展的固态量子比特系统的新方案，以及利用波导-固态光学微腔复合结构实现快速、高效、方向性好的单光子辐射的新思路。
（2） 基于表面等离激元效应的量子调控机理目前尚不清楚，具有相当的挑战性；提出了基于表面等离激元效应实现快速、高效单光子探测的新方案，并利用纳米金属和介质复合结构中非线性光学增强效应实现低泵浦光对信号光的有效调制,有望在纳米尺度全光网络中的关键器件上取得突破。
（3）利用周期量级脉冲激光与固态量子电子系统的强相互作用有望发现超快量子相干控制和量子态超快动力学演化过程的新现象和新规律；立足于具有长退相干时间的ZnO量子点自旋体系，并首次提出利用飞秒整形脉冲来实现电子自旋的亚皮秒相干旋转控制。
（4）提出了通过使用多周期量子点层的耦合量子体系实现光量子调控器件新方案，该方案在器件的运行效率和缓存时间操控等方面具有巨大的优势。依据耦合的量子体系，进行光量子的反馈自学操控，可以发展出光量子操控的新原理与新技术。
(三) 课题设置
本项目由中山大学、华中科技大学、中国科学院上海光学精密机械研究所、北京邮电大学共同承担。本项目的核心科学问题是要在固态系统中实现光与量子系统的强相互作用，克服环境的退相干影响，从而实现电子态、光子态的量子调控和非线性光学效应。有三条途径可在固态系统中实现光与物质强相互作用及其固态量子调控（i）通过具有强非均匀性电磁场分布的功能微纳结构，如能产生光子局域模的层状平面光学微腔结构和能形成界面模的特异材料（Meta Materials）微纳结构；（ii）通过金属纳米结构及其介电材料复合结构中的表面等离激元效应，这种系统中有非常强的局域增强效应；（iii）通过超短脉冲激光与物质的强相互作用。超短激光不仅可产生强耦合相互作用，同时还是量子态动力学性质的一种强有力的表征手段。上述三个方面的研究都将涉及固态量子调控研究中非常重要的一个共性问题：即光量子的操控。基于上述的三种相互作用途径和一个共性问题，本项目设立相应的四个课题组：
课题1: 固态功能微纳电磁介质中光子-电子相互作用的量子调控研究； 课题2: 基于表面等离激元效应的光子-电子相互作用的量子调控研究； 课题3: 超短脉冲激光与物质相互作用的超快动力学及量子相干控制研究； 课题4: 光子的量子相干操控及其功能性光量子调控器件研究
课题1侧重于研究功能微纳电磁介质中光子与量子电子系统的相互作用基本原理、量子纠缠、量子光辐射控制和量子光电子器件性能的研究；课题2侧重于研究金属纳米结构及其介电材料复合结构中的量子光学与非线性光学效应；课题3侧重于研究功能微纳结构中超快激光与物质强相互作用机理，超快量子态操控和超快动力学探测；课题4侧重于利用量子光学原理开展光子缓存和相关功能性光量子调控器件的研究。这四个子课题既有相互联系和支撑，又各有不同的研究重点。
课题1：固态功能微纳电磁介质中光子-电子相互作用的量子调控研究 课题承担单位：中山大学
课题负责人： 王雪华 教授（中山大学） 主要学术骨干：金崇君 教授（中山大学） 佘卫龙 教授（中山大学）
赖天树 教授（中山大学） 张佰君 教授（中山大学） 汪河洲 教授（中山大学） A、 研究目标
（1）发展位置依赖的耦合相互作用理论研究层状微纳结构中的量子光辐射特性，开发出能准确模拟层状微纳结构中光子与量子电子系统相互作用强度及辐射光强分布的数值软件平台。
（2）利用缺陷态、表面态及界面态设计并制备出具有高品质因子、超小模体积的单个平面固态微腔及藕合多微腔结构，获得准确调谐量子电子系统与局域光子模在空间上和能谱上同时产生共振强耦合作用的实验方法和控制手段。
（3）理解量子电子系统与局域光子模在强藕合条件下的电子与光子量子相干态的动力学演化机制，探索基于含量子点的藕合多微腔结构的可扩展量子比特纠缠新方案，利用波导-微腔复合结构实现快速、高效、方向性好的单光子辐射。
（4）研究和发展高精确度、低成本、能大批量制备层状微纳结构材料与器件的纳米制备工艺与技术。开发出新型的探测和表征层状微纳结构及其器件光电特性的测试技术和测试系统。
发表论文：SCI论文45篇 申请专利：发明专利8项
人才培养：培养国家杰出青年基金获得者1名，研究生30名，优秀博士学
位论文获得者（或优博提名）1名，博士后1-2名。
B、研究内容
(1) 层状微纳结构中的电磁场是具有高度的非均匀性和很强的局域场增强效应的功能电磁介质，因此，我们首先从理论上研究层状微纳结构中光子局域态密度的空间分布，发现和寻找最佳的光子与量子电子系统藕合相互作用位置及能级位置，开发用于提高量子光电子器件性能的微纳结构的设计方法和模拟软件，为层状微纳结构中的量子光辐射控制、新型量子光电子器件的制备奠定基础。
(2) 在层状微纳周期、准周期和特异介质（meta-materials）中利用缺陷态、界面态及表面态原理设计并制备具有高品质因子、超小模体积的固态光学微腔，
研究结构参数对腔模电磁场空间分布的影响。研究量子点的固态腔量子电动力学行为，以及基于平面耦合多微腔结构的量子纠缠新方案。探索快速、高效、方向性好的单光子辐射最佳条件，为制备触发式、可控单光子发射器奠定基础。
(3) 研究和发展层状微纳结构新的制备方法和技术。主要探索制备具有超高品质因子和超小模体积固态微腔的纳米制备工艺技术，以及将单量子点固定在微腔中的纳米操控工艺方法；研究利用胶体自组装法和光学全息法以及飞秒激光双光子直写制备高效而简易的纳米表面结构的工艺技术。
(4) 发展用于微纳结构光电子器件的新型测试和表征系统。由于微纳结构材料和器件的维度通常在微米量级或更小，光电相互作用的探测技术主要是基于显微镜（光学显微镜，近场扫描显微镜、原子力显微镜等）的各种测试系统，由于存在定位、激光输入耦合和输出信号的探测等问题，本课题将致力于发展相应微纳结构材料和器件的测试系统，比如量子纠缠态的探测等。
C、课题经费： 占项目总经费的33%（其中含项目总经费的5%为首席专控费）。
课题2：基于表面等离激元效应的光子-电子相互作用的量子调控研究 课题承担单位：北京邮电大学
课题负责人： 肖井华 教授 （北京邮电大学） 主要学术骨干：于 丽 教授 （北京邮电大学） 张 茹 教授 （北京邮电大学） 郎佩琳 副教授（北京邮电大学） 符秀丽 副教授（北京邮电大学） A、 研究目标
（1）探索基于表面等离激元效应实现光子与量子电子系统相互作用的新原理和新方法，研究有效操控量子态的手段, 发现金属纳米结构中与表面等离激元相关的量子光学新现象，如远距量子纠缠态的实现和控制。
（2） 弄清基于金属微纳结构表面等离激元效应的量子相干性保持转移的物理机制，研制基于表面等离激元效应的高速高效单光子探测器，展示一至二种金属微纳结构表面等离激元效应在量子信息处理及其光电子器件上的应用。