点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【顶刊论文解读】看!中国科学家将光变成了“液态”
首页> 科技频道> 头版头条 > 正文

【顶刊论文解读】看!中国科学家将光变成了“液态”

来源:光明网2024-05-24 08:52

  光是每个人见的最多的东西,是宇宙最原始的事物之一。但你见过“液态”的光吗?

  日前,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、陈明城等科研人员,通过自研的新型量子模拟器,构建出光子的反常分数量子霍尔态。这是一种奇异的由粒子之间强相互作用形成的量子流体,在这里,光呈现出了“液态”。形象点说,就是光子不仅各自独舞,还能绕着其他光子群舞。相关科研成果以长文的形式发表在国际学术期刊《科学》上。

【顶刊论文解读】看!中国科学家将光变成了“液态”

  中国科学技术大学教授陆朝阳介绍,团队从单个人造原子开始,把光子一个个放到“光子盒”(“光子盒”的名字来自1930年爱因斯坦和波尔争论中提出的思想实验)里面,以一种人造的“自底而上”的方法,首次实现了光子的分数量子反常霍尔态。“如果要很通俗地理解的话,就像是我们把光变成了一种不可压缩的‘液体’,这是一种全新的一种量子的物态的表现方式”。

【顶刊论文解读】看!中国科学家将光变成了“液态”

成果示意图。16个非线性“光子盒”阵列囚禁的微波光子强相互作用形成分数量子反常霍尔态

  那究竟什么是反常霍尔态?这要先说霍尔效应,它由美国科学家霍尔在1879年发现,指的是电流在磁场中流动时,电子受洛伦兹力作用产生垂直于电流和磁场的电压。这个效应被广泛应用于电磁感测领域。

  1980年,德国科学家冯·克利钦发现在极低温和强磁场条件下,霍尔效应出现整数量子化的电导率平台。这一新现象超出了经典物理学的描述,被称为整数量子霍尔效应,它为精确测量电阻提供了标准。1981年,美籍华裔科学家崔琦和德国科学家施特默发现了分数量子霍尔效应。

  与传统的霍尔效应不同,反常霍尔效应可以在没有外部磁场的情况下观测到。2013年,中国研究团队观测到整数量子反常霍尔效应。2023年,美国和中国的研究团队分别独立在双层转角碲化钼中观测到分数量子反常霍尔效应。

  要研究量子霍尔效应,首先要制备出量子霍尔态。

  传统的量子霍尔效应实验研究采用“自顶而下”的方式,也就是在特定材料的基础上,利用该材料已有的结构和性质实现制备量子霍尔态。通常情况下,需要极低温环境、极高的二维材料纯净度和极强的磁场。除了实验要求苛刻,传统“自顶而下”的方法还难以对系统微观量子态进行单点位独立地操控和测量,一定程度上限制了其在量子信息科学中的应用。

  本次研究中,中国科学技术大学的科研团队通过全新的量子实验平台,在国际上首次用光子模拟出了反常分数量子霍尔态。这种“自底而上”研究复杂量子物态的新范式,不仅无需外磁场,而且还可以通过对系统进行高精度可寻址的操控,实现对高集成度量子系统微观性质的全面测量,并加以进一步可控的利用。这类技术被称为量子模拟,是“第二次量子革命”的重要内容。

【顶刊论文解读】看!中国科学家将光变成了“液态”
在非线性光子系统中构建人工规范场,实现光子的分数量子霍尔态

  “这个‘光子盒’阵列是我们自己设计命名的,叫Plasmonium(等离子体跃迁型)超导高非简谐性光学谐振器阵列。用现在这种新的方法,控制性更强,为实验观测和操纵提供了新的手段。未来,我们可以把它做到一个更大的规模,可以用它作为基本单元,进一步扩展造出我们本来自然界不存在的一些奇异的量子态。”陆朝阳说。

  40余年来,分数量子霍尔效应研究受到广泛关注,因为分数量子霍尔态可以激发出局域的准粒子,有望成为拓扑量子计算的载体,最终助力传统量子计算走向实用。此次中科大科研团队的工作解决了拓扑光子学的一个长期科学挑战,实现相互作用光子的分数霍尔态,也为拓扑容错计算提供了基础。

  记者:宋雅娟 肖春芳

  视频制作:蒋晓宇(实习)

[ 责编:焦子原 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 节后开工生产忙

  • 春风送岗促就业

独家策划

推荐阅读
人工智能技术及其应用的跨领域、跨层级、跨主体特征,决定了其安全治理天然具有高度复杂性和协同需求。最后,面对人工智能技术快速迭代、应用场景动态迁移、风险形态持续演化的鲜明特点,制度体系必须具备敏捷响应与动态调适的智慧与弹性。
2026-02-25 09:45
曾经只存在于科幻电影中的“太空采矿”,正逐渐从文艺作品中的构想走进现实。
2026-02-25 09:49
新一轮科技革命的浪潮中,数字化与智能化已成为竞争关键,以开放的姿态推动实体经济与数字技术深度融合,必将推动我国制造业发展更上一层楼。
2026-02-25 09:45
当天,李秋立和4位“战友”——同所研究员胡森、陈意、杨蔚及中国科学院国家天文台(以下简称国家天文台)副研究员周琴,共同获得2025年度中国科学院杰出科技成就奖基础研究奖。
2026-02-25 09:45
在2月19日发表于《科学》的一篇论文中,研究人员描述了一种疫苗,作为鼻腔喷雾剂,它不仅能让小鼠对新冠病毒、流感病毒免疫,还能抵御所有呼吸道疾病。实验表明,接受4剂鼻腔疫苗的小鼠对新冠病毒和其他冠状病毒,以及引发多种呼吸道感染的细菌都产生了免疫力。
2026-02-25 09:45
在人体免疫系统中,T细胞犹如一支守护健康的“特种部队”,负责执行全身细胞的“安全检查”。该研究揭示,组氨酸能精准定位TCR分子识别癌细胞和启动癌细胞清除程序的“关键按钮”位点。
2026-02-25 09:45
《庄子・人间世》有云,“乘物以游心”——或许正是“驭AI而不役于AI”的最好注解。
2026-02-24 14:01
清晰界定科普的价值定位,探索高效的实现路径,有助于推动科普事业高质量发展。
2026-02-24 13:23
AI技术的竞争早已超越产品层面,上升到创新生态、治理能力与产业话语权的综合博弈。
2026-02-24 10:09
当你惊叹于自动驾驶汽车流畅的避障,或陶醉于无人机集群精准的编队表演时,可能并未察觉,支撑这些智能场景的海量数据正在无数边缘节点间疾速奔流。
2026-02-24 09:16
近日,一支国际科学家团队从西南极洲腹地带回了228米长的远古岩石与沉积物,这是人类迄今从冰盖下获取的最长岩芯。
2026-02-24 09:33
当前AI算力普遍面临“内存墙”问题,即计算时数据的存储与运算分处于不同区域,“隔墙”调用严重制约了AI芯片性能提升。
2026-02-24 09:23
目前,主流锂电池正极材料大多使用钴、镍等无机矿物,这类材料面临资源、成本、安全及柔性不足等多重挑战。相比之下,有机电极材料取材广泛,其分子可灵活设计且自身柔韧,被视为极具潜力的“绿色电池新星”。
2026-02-24 09:21
内质网是生物细胞内的一种网膜系统,可帮助维持细胞的正常功能,具有重要的医学研究价值。
2026-02-24 09:14
春节期间,记者来到异龙湖,听到了当地群众对共建生态文明、共享生态成果的感受。
2026-02-21 12:46
莱州中华武校第十次登上央视春晚舞台
2026-02-17 10:21
近日,一个名为Moltbook的社交平台突然走红。与普通网络平台不同的是,Moltbook上的用户都是AI智能体。
2026-02-14 09:21
全球规模最大的200万吨/年柴油吸附分离装置目前在中国石油广西石化稳定运行。
2026-02-14 09:16
大连理工大学赵珺教授带领师生团队正抓紧时间,为实现可重复使用运载火箭关键部件的“复用检测”技术突破全力冲刺。
2026-02-14 09:12
一场刷新人类对宇宙极端物理过程认知的高能事件,被中国科学卫星清晰捕获并成功解读。
2026-02-14 09:11
加载更多