人民網(wǎng)北京5月6日電 （記者趙竹青）記者從中國科學(xué)院獲悉，近日，我國科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域取得重大突破：利用“自底而上”的量子模擬方法，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了光子的分?jǐn)?shù)量子反常霍爾態(tài)。相關(guān)成果以長文的形式于北京時(shí)間5月3日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。
霍爾效應(yīng)是指當(dāng)電流通過置于磁場中的材料時(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方向的電壓。這個(gè)效應(yīng)由美國科學(xué)家霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)，并被廣泛應(yīng)用于電磁感測領(lǐng)域。反常霍爾效應(yīng)是指無需外部磁場的情況下觀測到相關(guān)效應(yīng)。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、陳明城教授等利用基于自主研發(fā)的Plasmonium（等離子體躍遷型）超導(dǎo)高非簡諧性光學(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以構(gòu)造人工規(guī)范場，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了光子的分?jǐn)?shù)量子反常霍爾態(tài)。
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，難以對系統(tǒng)微觀量子態(tài)進(jìn)行單點(diǎn)位獨(dú)立地操控和測量。與之相對地，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。該研究團(tuán)隊(duì)在國際上自主研發(fā)并命名了一種新型超導(dǎo)量子比特Plasmonium，并進(jìn)一步構(gòu)造出作用于光子的等效磁場，解決了實(shí)現(xiàn)光子分?jǐn)?shù)量子反常霍爾效應(yīng)的兩個(gè)關(guān)鍵難題。這樣的人造系統(tǒng)具有可尋址、單點(diǎn)位獨(dú)立控制和讀取，以及可編程性強(qiáng)的優(yōu)勢，為實(shí)驗(yàn)觀測和操縱提供了新的手段。
《科學(xué)》雜志審稿人高度評價(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”。
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主Frank Wilczek評價(jià)：這種“自底而上”、用人造原子構(gòu)建哈密頓量的途徑是一個(gè)“非常有前途的想法”，這是一個(gè)令人印象深刻的實(shí)驗(yàn)，為基于任意子的量子信息處理邁出了重要一步。沃爾夫獎(jiǎng)獲得者Peter Zoller評價(jià)：“這在科學(xué)和技術(shù)上都是一項(xiàng)杰出的成就”“實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)是多年來全球頂級實(shí)驗(yàn)室競爭的量子模擬的圣杯之一”。