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(xiàn)了光子的分數(shù)量子反常霍爾態(tài)，為高效開展更多、更新奇的量子物態(tài)研究提供了新路徑。相關成果已在國際學術期刊《科學》發(fā)表。
我國科學家實現(xiàn)光子的分數(shù)量子反常霍爾態(tài)示意圖。（中國科學技術大學供圖）
據(jù)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(jù)電子間相互作用方式的不同，分為整數(shù)量子霍爾效應和分數(shù)量子霍爾效應?！迸私▊フf，其中，分數(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(fā)的超導高非簡諧性光學諧振器陣列，實現(xiàn)了光子間的非線性相互作用，并進一步在此系統(tǒng)中構建出作用于光子的等效磁場以構造人工規(guī)范場，從而實現(xiàn)了光子的分數(shù)量子反常霍爾態(tài)，為開展量子領域相關研究提供了優(yōu)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(tǒng)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(tài)?！白缘锥稀狈绞絼t是利用人工搭建的量子系統(tǒng)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(xiàn)對高集成度量子系統(tǒng)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。
