中国科大首次实现光子的分数量子反常霍尔态

5月6日，记者从中国科学技术大学获悉，该校教授潘建伟、陆朝阳、陈明城等在国际上首次实现了光子的分数量子反常霍尔态，在利用“自底而上”的量子模拟方法进行量子物态和量子计算研究方面取得重要进展。相关成果以长文的形式于5月3日发表在国际学术期刊《科学》上。5月6日，中国科学院在北京召开成果新闻发布会。

霍尔效应是指当电流通过置于磁场中的材料时，电子受到洛伦兹力的作用，在材料内产生垂直于电流和磁场方向的电压。这个效应被广泛应用于电磁感测领域。科学家对整数和分数量子霍尔效应的发现分别获得1985年和1998年诺贝尔物理学奖。而反常霍尔效应是指无需外部磁场的情况下观测到相关效应。

传统的量子霍尔效应实验研究采用“自顶而下”的方式。通常情况下，需要极低温环境、极高的二维材料纯净度和极强的磁场，对实验要求较为苛刻，且难以对系统微观量子态进行单点位独立地操控和测量，一定程度上限制了其在量子信息科学中的应用。

与之相对的，人工搭建的量子系统结构清晰，灵活可控，是一种“自底而上”研究复杂量子物态的新范式。这类技术被称为量子模拟，是“第二次量子革命”的重要内容，有望在近期应用于模拟经典计算困难的量子系统并达到“量子计算优越性”。

中国科大团队基于自主研发的超导高非简谐性光学谐振器阵列，实现了光子间的非线性相互作用，并进一步在此系统中构建出作用于光子的等效磁场以构造人工规范场，从而实现了光子的分数量子反常霍尔态，为开展量子领域相关研究提供了优质的研究平台。《科学》杂志审稿人高度评价这一工作，认为这一工作“是利用相互作用光子进行量子模拟的重大进展”。