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记者6日从中国科学院获悉，中国科学技术大学潘建伟院士团队利用“自底而上”的量子模拟方法，在国际上首次实现了光子的分数量子反常霍尔态，为高效开展更多、更新奇的量子物态研究提供了新路径。相关成果已在国际学术期刊《科学》发表。
我国科学家实现光子的分数量子反常霍尔态示意图。（中国科学技术大学供图）
据介绍，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，在材料内部产生垂直于电流和磁场方向的电压，该效应被广泛应用于电磁感测领域。反常霍尔效应则是指无需外部磁场的情况下观测到相关效应。量子霍尔效应是量子力学版本的霍尔效应，需要在低温强磁场的极端条件下才可被观察到。
“量子霍尔效应根据电子间相互作用方式的不同，分为整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应。”潘建伟说，其中，分数量子霍尔态展现出非平庸的多体纠缠，具有重要的观测研究价值，多年来受到学术界高度关注。
此项研究中，团队利用“自底而上”的方式，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，有望助力推进“第二次量子革命”。
中国科学技术大学教授陆朝阳介绍，传统的量子霍尔效应实验研究采用“自顶而下”方式，即利用特定材料已有的结构和性质制备量子霍尔态。“自底而上”方式则是利用人工搭建的量子系统开展相关研究，由于结构清晰、灵活可控，这种方式无需极强外磁场等严苛的实验条件，且能实现对高集成度量子系统微观性质的全面测量和可控利用。
诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔切克评价，这项研究向基于任意子的量子信息处理迈出重要一步。
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