點(diǎn)贊中國(guó)科技力量：光子的分?jǐn)?shù)量子反?；魻枒B(tài)首次實(shí)現(xiàn)

在微觀量子世界那片充滿神秘與奇幻的領(lǐng)域中，科學(xué)家們宛如執(zhí)著的探險(xiǎn)家，不斷挖掘著隱藏在深邃理論與精妙實(shí)驗(yàn)背后的寶藏，每一次重大突破都似在黑暗中點(diǎn)亮一盞明燈，為人類(lèi)開(kāi)啟一扇通往全新未知的大門(mén)。5 月 6 日，一則震撼科學(xué)界的消息從中國(guó)科學(xué)院傳出，仿若一顆重磅炸彈，瞬間引發(fā)全球科研領(lǐng)域的強(qiáng)烈反響。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士領(lǐng)銜的頂尖團(tuán)隊(duì)，憑借獨(dú)具匠心的“自底而上”量子模擬方法，在國(guó)際舞臺(tái)上率先實(shí)現(xiàn)了光子的分?jǐn)?shù)量子反?；魻枒B(tài)。這一開(kāi)創(chuàng)性壯舉，如同在量子研究的浩瀚宇宙中鑲嵌了一顆最為耀眼的新星，不僅為后續(xù)開(kāi)展更多前所未有的、令人驚嘆的量子物態(tài)研究筑牢了根基，開(kāi)辟出一條滿是希望的康莊大道，更讓人們對(duì)量子世界的未來(lái)應(yīng)用充滿遐想。相關(guān)研究成果榮耀刊載于國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志，向全世界彰顯了中國(guó)科研力量在量子前沿陣地的卓越風(fēng)采。

談及霍爾效應(yīng)，仿若推開(kāi)一扇通往電磁學(xué)奇妙天地的大門(mén)。形象地講，當(dāng)電流如同洶涌奔騰的電子“洪流”，沿著既定路線穿梭于被巧妙置于磁場(chǎng)懷抱中的材料時(shí)，電子們會(huì)在無(wú)形卻強(qiáng)大的洛倫茲力“驅(qū)使”下，于材料內(nèi)部跳起一場(chǎng)獨(dú)特的“舞蹈”，進(jìn)而催生出一股垂直于電流方向以及磁場(chǎng)方向的電壓。這般微觀世界里的“精妙舞步”，在宏觀層面有著超乎想象的廣泛應(yīng)用，尤其在電磁感測(cè)領(lǐng)域，霍爾效應(yīng)已然成為眾多高科技設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵“密碼”，從超精密的電子測(cè)量?jī)x器，到汽車(chē)工業(yè)里精準(zhǔn)的傳感器，再到日常使用的手機(jī)指南針功能，處處都有它的身影。

反?；魻栃?yīng)，則像是霍爾效應(yīng)家族中特立獨(dú)行的“叛逆者”。它掙脫了常規(guī)霍爾效應(yīng)對(duì)外部磁場(chǎng)的依賴枷鎖，即便沒(méi)有外部磁場(chǎng)這位“引路人”，依然能讓我們捕捉到與之相關(guān)的奇妙現(xiàn)象。這一特性使得反?；魻栃?yīng)在特定的材料科學(xué)與電子技術(shù)研發(fā)場(chǎng)景中獨(dú)樹(shù)一幟，為相關(guān)領(lǐng)域突破傳統(tǒng)瓶頸注入了強(qiáng)勁活力。

量子霍爾效應(yīng)，無(wú)疑是量子力學(xué)與霍爾效應(yīng)浪漫碰撞的絢麗火花，它是量子力學(xué)版本的霍爾效應(yīng)。只不過(guò)，要想一窺其真容，條件極為嚴(yán)苛，必須在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)精心營(yíng)造的極端環(huán)境下，才能捕捉到那些細(xì)微卻震撼人心的跡象，恰似在冰天雪地的極地，唯有特定低溫條件，某些絕世罕見(jiàn)的自然景觀才肯露面。

“量子霍爾效應(yīng)依據(jù)電子間相互作用方式的不同，細(xì)分為整數(shù)量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)?！迸私▊ピ菏恳酝ㄋ滓锥姆绞疥U釋道。其中，分?jǐn)?shù)量子霍爾態(tài)宛如量子天地里深藏不露的稀世珍寶，它所展現(xiàn)出的非平庸的多體糾纏特性，意味著在微觀層面，多個(gè)粒子仿若被一條無(wú)形且堅(jiān)韌的紐帶緊緊纏繞，彼此默契配合，協(xié)同演繹一場(chǎng)美輪美奐的量子“芭蕾舞”。這種獨(dú)特的糾纏態(tài)蘊(yùn)含著海量的研究?jī)r(jià)值，多年來(lái)如磁石般吸引著全球?qū)W術(shù)界的精英目光，眾多頂尖科學(xué)家仿若虔誠(chéng)的尋寶者，在這片神秘領(lǐng)地不懈探尋。

在此次具有里程碑意義的研究征程中，潘建偉院士團(tuán)隊(duì)不走尋常路，大膽啟用“自底而上”的創(chuàng)新戰(zhàn)術(shù)。他們從最基礎(chǔ)的構(gòu)建模塊發(fā)力，基于自主研發(fā)的超導(dǎo)高非簡(jiǎn)諧性光學(xué)諧振器陣列，開(kāi)啟一場(chǎng)微觀世界的“魔法搭建”。這些光學(xué)諧振器陣列仿若精心雕琢的積木，每一塊都獨(dú)具特性，通過(guò)科研人員的巧手組合，成功實(shí)現(xiàn)了光子間的非線性相互作用。這一過(guò)程荊棘叢生，團(tuán)隊(duì)成員們需在微觀尺度下精準(zhǔn)操控各類(lèi)參數(shù)，如同在發(fā)絲上鐫刻一般精細(xì)入微。

緊接著，憑借深厚的學(xué)術(shù)造詣與精湛的實(shí)驗(yàn)技巧，他們?cè)谶@個(gè)匠心獨(dú)運(yùn)的系統(tǒng)中施展“量子魔法”，巧妙構(gòu)建出作用于光子的等效磁場(chǎng)，以此打造人工規(guī)范場(chǎng)。這一步驟仿若在虛擬的量子空間為光子們量身定制一個(gè)全新的“運(yùn)動(dòng)場(chǎng)”，讓光子們能在這個(gè)特制環(huán)境中遵循別樣規(guī)則運(yùn)動(dòng)。最終，通過(guò)一系列環(huán)環(huán)相扣的精密操作，成功實(shí)現(xiàn)了光子的分?jǐn)?shù)量子反常霍爾態(tài)，讓光子們?cè)谖⒂^舞臺(tái)上跳出前所未有的量子“舞步”。

這一重大突破在未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景令人矚目。在量子計(jì)算領(lǐng)域，分?jǐn)?shù)量子反?；魻枒B(tài)有望成為提升計(jì)算效率的關(guān)鍵“助推器”。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在處理復(fù)雜問(wèn)題時(shí)常常遭遇算力瓶頸，而基于這一量子態(tài)構(gòu)建的量子計(jì)算機(jī)，能夠利用光子的獨(dú)特性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，大幅縮短計(jì)算時(shí)間，為諸如氣象預(yù)測(cè)、密碼破解等需要海量算力的任務(wù)提供強(qiáng)大支持。

在量子通信方面，它可以作為超穩(wěn)定的信息傳輸“通道”。光子處于分?jǐn)?shù)量子反?；魻枒B(tài)時(shí)，其抗干擾能力極強(qiáng)，能夠保證信息在傳輸過(guò)程中幾乎不受外界噪聲影響，確保量子密鑰分發(fā)等關(guān)鍵通信環(huán)節(jié)的安全性和準(zhǔn)確性，為構(gòu)建全球范圍內(nèi)的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在精密測(cè)量領(lǐng)域，利用分?jǐn)?shù)量子反常霍爾態(tài)的特性，能夠開(kāi)發(fā)出精度更高的測(cè)量?jī)x器。比如在微弱磁場(chǎng)測(cè)量中，基于該量子態(tài)設(shè)計(jì)的傳感器可以捕捉到極其微小的磁場(chǎng)變化，這對(duì)于地質(zhì)勘探、生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)等領(lǐng)域有著不可估量的價(jià)值，幫助科學(xué)家們獲取更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

這一卓越成就贏得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者弗蘭克·維爾切克的高度贊譽(yù)，他評(píng)價(jià)道：這項(xiàng)研究宛如在量子信息處理的漫漫征途上豎起一塊巍峨的里程碑，向著基于任意子的量子信息處理領(lǐng)域豪邁地邁出了關(guān)鍵一步。未來(lái)，隨著對(duì)這一成果的深入挖掘與廣泛應(yīng)用，量子計(jì)算、量子通信等前沿領(lǐng)域必將迎來(lái)翻天覆地的變革，人類(lèi)對(duì)于微觀量子世界的掌控力將邁向新高度，為科技發(fā)展的宏偉藍(lán)圖添上濃墨重彩的一筆。