5月6日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉、陸朝陽(yáng)、陳明城等在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了光子的分?jǐn)?shù)量子反常霍爾態(tài)，在利用“自底而上”的量子模擬方法進(jìn)行量子物態(tài)和量子計(jì)算研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以長(zhǎng)文的形式于5月3日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。5月6日，中國(guó)科學(xué)院在北京召開成果新聞發(fā)布會(huì)。

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)產(chǎn)生垂直于電流和磁場(chǎng)方向的電壓。這個(gè)效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于電磁感測(cè)領(lǐng)域。科學(xué)家對(duì)整數(shù)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)分別獲得1985年和1998年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。而反常霍爾效應(yīng)是指無(wú)需外部磁場(chǎng)的情況下觀測(cè)到相關(guān)效應(yīng)。

傳統(tǒng)的量子霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究采用“自頂而下”的方式。通常情況下，需要極低溫環(huán)境、極高的二維材料純凈度和極強(qiáng)的磁場(chǎng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)要求較為苛刻，且難以對(duì)系統(tǒng)微觀量子態(tài)進(jìn)行單點(diǎn)位獨(dú)立地操控和測(cè)量，一定程度上限制了其在量子信息科學(xué)中的應(yīng)用。

與之相對(duì)的，人工搭建的量子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，靈活可控，是一種“自底而上”研究復(fù)雜量子物態(tài)的新范式。這類技術(shù)被稱為量子模擬，是“第二次量子革命”的重要內(nèi)容，有望在近期應(yīng)用于模擬經(jīng)典計(jì)算困難的量子系統(tǒng)并達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”。

中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)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)量子反常霍爾態(tài)，為開展量子領(lǐng)域相關(guān)研究提供了優(yōu)質(zhì)的研究平臺(tái)。《科學(xué)》雜志審稿人高度評(píng)價(jià)這一工作，認(rèn)為這一工作“是利用相互作用光子進(jìn)行量子模擬的重大進(jìn)展”。