2010年9月，教育部985工程三期开始实施，南大、复旦、浙大、上交大、中科大学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、中科院合肥物质结构研究院先后加入。