当今世界正处于新科技革命的前夜，现代物质科学的研究正在从观测时代进入调控时代，可按需设计、合成新的材料，形成新的物态。这是人类认识、利用物质世界的新的飞跃，其突破必将为能源、信息、材料等科学技术的发展开辟广阔的空间。作为当代信息基础的集成电路，已逼近物理极限。发展下一代信息载体，实现其全固态集成，是人类科技发展面临的严峻挑战。2006年国家发布了中长期科技规划纲要，启动了“量子调控”等重大科学研究计划，将量子调控研究提升到国家层面。
在国家的不断支持下，通过南京大学、复旦大学、浙江大学、中国科学技术大学、上海交通大学、中科院合肥物质科学研究院以及其他一些兄弟单位的共同努力，我国科学家在该领域的研究已经处于国际前列。在后摩尔时代人类新一代信息技术探索过程中取得了不少重要突破。然而，在人工微结构科学的各重要研究方向，我国科学家的原始创新能力和在国际上的引领作用尚需进一步提高。在这一具有全局和长远影响的可能发生重大科技革命的重要领域，我们迫切需要由紧跟走向引领，迫切需要建立起能够承载起国家目标的世界级科学研究基地。
2010年9月，教育部985工程三期开始实施，南大、复旦、浙大、中科大、上交大等校均开始了进一步建设发展的步伐。2010年9月27日，在南京大学985三期动员大会上，陈骏校长明确指出，“建立交叉融合的科技创新体系”是985工程下一阶段的重要内容，并将建设项目分成发展型和改革型两种类别，突出改革、促进发展，提出了进一步改革科教体制，实现交叉融合创新的决策。随后，闵乃本院士等提出以量子调控为核心，联合国内优势力量组织联合研究的设想，得到了校领导的积极响应。2011年初，南京大学闵乃本院士、邢定钰院士与中科大侯建国院士、郭光灿院士等确定了成立联合研究中心的具体想法，开始了多次磋商。4月18日，“清华大学—北京大学生命科学联合中心”成立，特别是4月24日胡锦涛主席在清华大学校庆上关于“建立协同创新的战略联盟，促进资源共享”的讲话，极大地激发了南大-科大开展协同研究的热情。2011年5月12号，邢定钰院士带领南京大学科研骨干8人，赴合肥与郭光灿院士等中科大团队开始第一次正式联合创新中心筹建研讨。随后于当日晚在南京召开由闵乃本院士主持的南大筹建组会议，明确了建设思想，特别提出以管理创新作为中心筹建的核心内容。2011年7月南京大学起草了“量子信息和材料联合研究中心”申请初稿。两校分别于7月、9月、11月、12月对此作了反复研讨、修改。2012年1月11日，教育部杜占元副部长、王延觉司长等视察南京大学，陆延青教授代表申报秘书组汇报了该中心具体的建设思路。根据部领导的具体指示，南京大学进一步明确了该协同创新中心的建设改革方向。随后，随着5月4日教育部2011计划实施方案的颁布， “人工微结构科学与技术协同创新中心”的名称正式确定，工作逐渐深入。在强强联合、优势互补的思想指导下，围绕中心核心研究内容，复旦大学、浙江大学、上海交通大学、中科院合肥物质科学研究院先后加入。中心于2014年10月获教育部、财政部批准认定。
“人工微结构科学与技术协同创新中心”是深刻领会胡锦涛总书记在清华大学百年校庆上的重要讲话精神，落实教育部、财政部《高等学校创新能力提升计划》（2011计划）要求的一项重要举措。按照“国家急需、世界一流”的要求，该中心将针对后摩尔时代人类信息技术可持续发展的迫切需求，以新型微结构材料中的量子调控科学与技术为核心，推动信息载体和信息处理手段从经典到量子系统的演变，为新一代信息技术革命奠定材料和器件物理基础，使中国成为相关核心技术的重要发源地。中心汇聚了一支老中青结合、结构合理的人才梯队，包括：中科院院士19人，中科院外籍院士1人，国家“千人计划”入选者12人，长江学者特聘教授36人，国家杰出青年基金获得者50人，973项目首席科学家18人。中心还拥有6个国家自然科学基金委创新群体、11个教育部创新团队和1个科技部创新团队。由闵乃本担任中心科学咨询委员会主任，邢定钰、张翔、张富春、龚新高担任联合主任。
中心的建设目标包括：针对国家需求和囯际科技前沿的目标，以新型微结构材料中的量子调控科学与技术为核心，通过若干一流研究集体的高效协同，基于物理、化学、材料、电子等学科的交叉，开展相关的基础与应用基础研究；引领学科发展，成为微结构科学与量子调控领域具有重要影响力的世界级科研中心、学术交流中心及人才培养基地；基于对微结构中电子、光子和准粒子运动的规律探索与性质调控，推动信息载体和调控手段从经典到量子的演变，为新一代科学技术革命奠定材料和器件物理基础，使中国成为相关核心技术的重要发源地。