人民網北京5月6日電 （記者趙竹青）記者從中國科學院獲悉，近日，我國科學家在量子計算領域取得重大突破：利用“自底而上”的量子模擬方法，在國際上首次實現了光子的分數量子反常霍爾態。相關成果以長文的形式於北京時間5月3日發表在國際學術期刊《科學》上。

霍爾效應是指當電流通過置於磁場中的材料時，電子受到洛倫茲力的作用，在材料內部產生垂直於電流和磁場方向的電壓。這個效應由美國科學家霍爾在1879年發現，並被廣泛應用於電磁感測領域。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。

中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、陳明城教授等利用基於自主研發的Plasmonium（等離子體躍遷型）超導高非簡諧性光學諧振器陣列，實現了光子間的非線性相互作用，並進一步在此系統中構建出作用於光子的等效磁場以構造人工規范場，在國際上首次實現了光子的分數量子反常霍爾態。

傳統的量子霍爾效應實驗研究採用“自頂而下”的方式，難以對系統微觀量子態進行單點位獨立地操控和測量。與之相對地，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。該研究團隊在國際上自主研發並命名了一種新型超導量子比特Plasmonium，並進一步構造出作用於光子的等效磁場，解決了實現光子分數量子反常霍爾效應的兩個關鍵難題。這樣的人造系統具有可尋址、單點位獨立控制和讀取，以及可編程性強的優勢，為實驗觀測和操縱提供了新的手段。

《科學》雜志審稿人高度評價這一工作，認為這一工作“是利用相互作用光子進行量子模擬的重大進展”。

諾貝爾物理學獎得主Frank Wilczek評價：這種“自底而上”、用人造原子構建哈密頓量的途徑是一個“非常有前途的想法”，這是一個令人印象深刻的實驗，為基於任意子的量子信息處理邁出了重要一步。沃爾夫獎獲得者Peter Zoller評價：“這在科學和技術上都是一項杰出的成就”“實現這樣的目標是多年來全球頂級實驗室競爭的量子模擬的聖杯之一”。

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