我国科学家在量子计算领域取得重大突破

人民网北京5月6日电 (记者赵竹青)记者从中国科学院获悉，近日，我国科学家在量子计算领域取得重大突破：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。相关成果以长文的形式于北京时间5月3日发表在国际学术期刊《科学》上。

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。这个效应由美国科学家霍尔在1879年发现，并被广泛应用于电磁感测领域。反常霍尔效应是指无需外部磁场的情况下观测到相关效应。

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、陈明城教授等利用基于自主研发的Plasmonium(等离子体跃迁型)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，在国际上首次实现了光子的分数量子反常霍尔态。

传统的量子霍尔效应实验研究采用“自顶而下”的方式，难以对系统微观量子态进行单点位独立地操控和测量。与之相对地，人工搭建的量子系统结构清晰，灵活可控，是一种“自底而上”研究复杂量子物态的新范式。该研究团队在国际上自主研发并命名了一种新型超导量子比特Plasmonium，并进一步构造出作用于光子的等效磁场，解决了实现光子分数量子反常霍尔效应的两个关键难题。这样的人造系统具有可寻址、单点位独立控制和读取，以及可编程性强的优势，为实验观测和操纵提供了新的手段。

《科学》杂志审稿人高度评价这一工作，认为这一工作“是利用相互作用光子进行量子模拟的重大进展”。

诺贝尔物理学奖得主Frank Wilczek评价：这种“自底而上”、用人造原子构建哈密顿量的途径是一个“非常有前途的想法”，这是一个令人印象深刻的实验，为基于任意子的量子信息处理迈出了重要一步。沃尔夫奖获得者Peter Zoller评价：“这在科学和技术上都是一项杰出的成就”“实现这样的目标是多年来全球顶级实验室竞争的量子模拟的圣杯之一”。