我國科學家首次實現光子的分數量子反常霍爾態

2024-05-07 10:50 作者：張泉新華網責任編輯：陳瑋

摘要：記者6日從中國科學院獲悉，中國科學技術大學潘建偉院士團隊利用“自底而上”的量子模擬方法，在國際上首次實現了光子的分數量子反常霍爾態，為高效開展更多、更新奇的量子物態研究提供了新路徑。我國科學家實現光子的分數量子反常霍爾態示意圖。

新華社北京5月6日電（記者張泉）記者6日從中國科學院獲悉，中國科學技術大學潘建偉院士團隊利用“自底而上”的量子模擬方法，在國際上首次實現了光子的分數量子反常霍爾態，為高效開展更多、更新奇的量子物態研究提供了新路徑。相關成果已在國際學術期刊《科學》發表。

據介紹，霍爾效應是指當電流通過置于磁場中的材料時，電子受到洛倫茲力的作用，在材料內部產生垂直于電流和磁場方向的電壓，該效應被廣泛應用于電磁感測領域。反常霍爾效應則是指無需外部磁場的情況下觀測到相關效應。量子霍爾效應是量子力學版本的霍爾效應，需要在低溫強磁場的極端條件下才可被觀察到。

“量子霍爾效應根據電子間相互作用方式的不同，分為整數量子霍爾效應和分數量子霍爾效應。”潘建偉說，其中，分數量子霍爾態展現出非平庸的多體糾纏，具有重要的觀測研究價值，多年來受到學術界高度關注。

此項研究中，團隊利用“自底而上”的方式，基于自主研發的超導高非簡諧性光學諧振器陣列，實現了光子間的非線性相互作用，并進一步在此系統中構建出作用于光子的等效磁場以構造人工規范場，從而實現了光子的分數量子反常霍爾態，為開展量子領域相關研究提供了優質的研究平臺，有望助力推進“第二次量子革命”。

中國科學技術大學教授陸朝陽介紹，傳統的量子霍爾效應實驗研究采用“自頂而下”方式，即利用特定材料已有的結構和性質制備量子霍爾態。“自底而上”方式則是利用人工搭建的量子系統開展相關研究，由于結構清晰、靈活可控，這種方式無需極強外磁場等嚴苛的實驗條件，且能實現對高集成度量子系統微觀性質的全面測量和可控利用。

諾貝爾物理學獎獲得者弗蘭克·維爾切克評價，這項研究向基于任意子的量子信息處理邁出重要一步。

關鍵詞：量子霍爾效應,量子信息處理,分數,光子,量子系統

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