中新社合肥5月6日電 (記者 吳蘭)記者6日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、陸朝陽、陳明城教授等在國際上首次實現了光子的分數量子反常霍爾態。
相關成果以長文的形式近日發表在國際學術期刊《科學》(Science)上。
霍爾效應由美國科學家霍爾在1879年發現，被廣泛應用于電磁感測領域。1980年德國科學家馮·克利欽發現整數量子霍爾效應，1981年美籍華裔科學家崔琦和德國科學家施特默發現分數量子霍爾效應。這兩個發現均獲諾貝爾物理學獎。
反常霍爾效應是指無需外部磁場的情況下觀測到相關效應。2013年，中國研究團隊觀測到整數量子反常霍爾效應。2023年，美國和中國的研究團隊分別觀測到分數量子反常霍爾效應。
“反常霍爾態是指不僅看到反常霍爾效應這個現象，而且還挖掘到了產生這個現象的根源。”陸朝陽教授解釋道。
傳統的量子霍爾效應實驗研究采用“自頂而下”的方式，即在特定材料的基礎上，利用該材料已有的結構和性質實現制備量子霍爾態。通常情況下，需要極低溫環境、極高的二維材料純凈度和極強的磁場，對實驗要求較為苛刻。
人工搭建的量子系統結構清晰、靈活可控，是一種“自底而上”研究復雜量子物態的新范式。這類技術被稱為量子模擬，是“第二次量子革命”的重要內容，有望在近期應用于模擬經典計算困難的量子系統并達到“量子計算優越性”。
據介紹，研究團隊利用基于自主研發的一種新型超導量子比特Plasmonium，并進一步在此系統中構造人工規范場，從而獲得上述研究成果。這是利用“自底而上”的量子模擬方法進行量子物態和量子計算研究的重要進展。
在該項工作中，研究人員觀測到了分數量子霍爾態獨有的拓撲關聯性質，驗證了該系統的分數霍爾電導，證實了準粒子的不可壓縮性質。
諾貝爾物理學獎得主弗朗克·維爾切克(Frank Wilczek)認為，這是一個令人印象深刻的實驗，向基于任意子的量子信息處理邁出了重要一步。(完)