开辟新的途径！中国科学技术大学潘建伟团队再发Science

2024年5月2日，中国科学技术大学潘建伟及陆朝阳共同通讯在Science 在线发表题为「Realization of fractional quantum Hall state with interacting photons」的研究论文，该研究在二维电路量子电动力学系统上使用基于光子封锁和工程规范场的可编程片上平台演示了光子FQH态的晶格版本。

分数量子霍尔(FQH)状态以其鲁棒的拓扑顺序而闻名，并具有在容错量子计算应用中具有吸引力的特性。工程量子平台将提供在没有外部磁场的情况下操作FQH态的机会，并增强对这些奇异态的局部和相干操纵。

当带电粒子被限制在二维(2D)层中，并在低温下受到强磁场的作用时，一种具有显著性质的新物质状态—FQH态就会出现。这些状态将拓扑和强相关性质与具有分数电荷和分数统计的宿主准粒子结合在一起，并且在凝聚态物理和量子信息科学领域也有影响。在连续二维系统之外，在具有强粒子相互作用和有效磁通量的离散晶格系统中，类似的分数化现象也有望在没有外部磁场的分数化陈绝缘体中发生，这已经引发了许多关于人工晶格系统中FQH状态的产生和检测的理论研究。

工程量子平台为这种人工晶格系统的实验实现提供了一种自下而上的方法，包括使用超冷原子或电路QED技术。在这些平台中，由于芯片上的可扩展性、晶格几何结构的灵活性以及对单个位点的通用控制能力，电路QED晶格中的光子是非常有前途的候选者。许多实验都致力于电路QED平台，但在足够大的二维晶格上同时实现光子相互作用和人工规范场仍然是一个主要挑战。

光子FQH态的电路QED晶格 ｜图源：Science

该研究设计并实现了一个电路QED系统，利用Plasmonium晶格来创建和操纵光子的FQH态，并展示了分数量子霍尔电导率的特征。在人工规范场中观察了有效光子洛伦兹力和蝴蝶谱，这是FQH态的先决条件。用局域光子对1/2填充因子的Laughlin FQH波函数进行绝热组装后，观察到FQH光子之间具有很强的密度相关性和手性拓扑流动。然后，验证了FQH态响应外场的独特特征，包括产生准粒子的不可压缩性和分数量子霍尔电导率的确凿特征。该研究阐明了创造和操纵由光子组成的新型强相关拓扑量子物质的途径，并为容错量子信息设备开辟了可能性。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado3912

来源：iNature ，爱科会易仅用于学术交流。