我國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)光子的分?jǐn)?shù)量子反常霍爾態(tài)

新華社北京5月6日電(記者張泉)記者6日從中國(guó)科學(xué)院獲悉，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)利用“自底而上”的量子模擬方法，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了光子的分?jǐn)?shù)量子反?；魻枒B(tài)，為高效開(kāi)展更多、更新奇的量子物態(tài)研究提供了新路徑。相關(guān)成果已在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表。

我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)光子的分?jǐn)?shù)量子反?；魻枒B(tài)示意圖。(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)供圖)

據(jù)介紹，霍爾效應(yīng)是指當(dāng)電流通過(guò)置于磁場(chǎng)中的材料時(shí)，電子受到洛倫茲力的作用，在材料內(nèi)部產(chǎn)生垂直于電流和磁場(chǎng)方向的電壓，該效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于電磁感測(cè)領(lǐng)域。反?；魻栃?yīng)則是指無(wú)需外部磁場(chǎng)的情況下觀測(cè)到相關(guān)效應(yīng)。量子霍爾效應(yīng)是量子力學(xué)版本的霍爾效應(yīng)，需要在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)的極端條件下才可被觀察到。

“量子霍爾效應(yīng)根據(jù)電子間相互作用方式的不同，分為整數(shù)量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)?！迸私▊フf(shuō)，其中，分?jǐn)?shù)量子霍爾態(tài)展現(xiàn)出非平庸的多體糾纏，具有重要的觀測(cè)研究?jī)r(jià)值，多年來(lái)受到學(xué)術(shù)界高度關(guān)注。

此項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)利用“自底而上”的方式，基于自主研發(fā)的超導(dǎo)高非簡(jiǎn)諧性光學(xué)諧振器陣列，實(shí)現(xiàn)了光子間的非線性相互作用，并進(jìn)一步在此系統(tǒng)中構(gòu)建出作用于光子的等效磁場(chǎng)以構(gòu)造人工規(guī)范場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了光子的分?jǐn)?shù)量子反?；魻枒B(tài)，為開(kāi)展量子領(lǐng)域相關(guān)研究提供了優(yōu)質(zhì)的研究平臺(tái)，有望助力推進(jìn)“第二次量子革命”。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陸朝陽(yáng)介紹，傳統(tǒng)的量子霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究采用“自頂而下”方式，即利用特定材料已有的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)制備量子霍爾態(tài)?！白缘锥稀狈绞絼t是利用人工搭建的量子系統(tǒng)開(kāi)展相關(guān)研究，由于結(jié)構(gòu)清晰、靈活可控，這種方式無(wú)需極強(qiáng)外磁場(chǎng)等嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)條件，且能實(shí)現(xiàn)對(duì)高集成度量子系統(tǒng)微觀性質(zhì)的全面測(cè)量和可控利用。

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者弗蘭克·維爾切克評(píng)價(jià)，這項(xiàng)研究向基于任意子的量子信息處理邁出重要一步。