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> 光明科普云> 视频 > 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,中科大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

  • 喜迎新年

  • 奋力冲刺“全年红”

独家策划

推荐阅读
2024年,中国制造业顶压前行、向新向优,制造强国发展指数与德国和日本处于同一区间,进入全球制造强国第二阵列,成为继美国、德国、日本后第四个迈入全球制造强国行列的国家。
2025-12-31 08:56
突破性成果勾勒出我国高水平科技自立自强的清晰轨迹。
2025-12-31 08:58
“预计元旦期间,我国大部地区降水较弱,但中东部将出现显著降温,南方地区湿冷感明显。
2025-12-31 09:12
12月30日,中国气象局召开新闻发布会,专题发布《全球气象发展报告2025》(以下简称《报告》),呈现2024年全球气象发展态势。
2025-12-31 09:04
北斗三号全球卫星导航系统组网阶段的主要目标是把卫星建好,运行阶段的主要目标则是管好、用好。
2025-12-31 09:03
光明日报北京12月29日电 记者姚亚奇29日从国家林草局获悉,“十四五”期间,我国采取有力措施,加快推进林草种苗振兴,收集保存林草种质资源14.74万份,较“十三五”末增长180%,我国重要乡土树种草种和珍稀濒危林草种质资源得到有效保护。
2025-12-30 09:23
由自然资源部南海生态中心联合相关单位共同编制的《黄岩岛珊瑚礁生态调查报告》29日在京发布。报告基于船舶走航、潜水调查、卫星航空遥感、原位观测等方式,结合历史数据分析,对黄岩岛珊瑚礁生态状况进行了调查评估。
2025-12-30 09:23
松花江畔,风机和光伏正齐齐出力,一端是新能源电力源源不断产出;另一端,化工装置稳定运行,“绿色石油”涌流而出。
2025-12-30 09:37
执行中国第42次南极考察任务的“雪龙”号极地科考破冰船于北京时间29日顺利抵达秦岭站海域,并开展卸货作业。
2025-12-30 09:32
研究人员在火星发现了适合人类探索的浅层水冰的痕迹。研究团队借助高分辨率轨道影像,对火星地貌进行了研究,并在中纬度的亚马孙平原发现了埋藏深度不足1米的冰痕迹。易获取的冰能够让宇航员在火星长期生存与工作期间,制备饮用水、可呼吸的氧气、燃料及其他必需品。
2025-12-30 09:27
截至12月28日,新疆油田2025年二氧化碳注入量突破100万吨,成为我国首个实现年注碳百万吨的油田。”新疆油田公司执行董事、党委书记石道涵介绍,油田年注碳量从2022年的12.6万吨跃升至2025年的100万吨,已累计注入二氧化碳超200万吨。
2025-12-30 09:26
12月26日,我国首个覆盖6种轮状病毒血清型的六价轮状病毒疫苗在湖北武汉完成首剂接种。
2025-12-29 10:23
美国哈佛—史密森尼天体物理中心天文学家利用美国国家航空航天局(NASA)的哈勃空间望远镜,首次观测到围绕年轻恒星运行的迄今最大原行星盘——IRAS 23077+6707。
2025-12-29 10:10
2025年12月27日0时07分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号C星(03星),卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2025-12-29 10:07
中国科学院空天信息创新研究院研究员王振友团队联合四川省文物考古研究院等机构的科研人员,自主研制了显微时间门控拉曼光谱仪,并利用该仪器对三星堆出土的4块象牙碎片进行无损检测,揭示了象牙在长期地质作用下的老化过程。
2025-12-29 10:01
近期,工信部发布《场景化、图谱化推进重点行业数字化转型的参考指引(2025版)》,聚焦14个重点行业,绘制企业数字化转型“场景导航图。
2025-12-29 09:59
当日,石景山区AI for Science平台正式上线,该平台由枫清科技携手火山引擎联合打造,以AI驱动科研机构与企业的科研效率革新,降低科研门槛。
2025-12-27 20:21
记者25日从国防科技大学获悉,该校磁浮团队近日在磁悬浮试验中,成功在两秒内将吨级试验车加速至700公里/小时。测试速度打破了同类型平台全球纪录,成为全球最快的超导电动磁悬浮试验速度。
2025-12-26 10:08
12月24日,中国科学院重大科技基础设施“载人潜水器与海上作业母船”用户委员会2025年度会议披露:我国“深海勇士”号、“奋斗者”号、“蛟龙”号三大载人潜水器全年完成314次深潜,累计下潜总量达1746次,2026年将向2000次目标稳步迈进。
2025-12-26 10:05
日前,国家自然科学基金委员会在北京召开国家自然科学基金首批重大非共识项目遴选会议,标志着重大非共识项目正式启动试点。国家自然科学基金委员会将深入实施并持续优化重大非共识项目遴选机制,引导广大科研人员聚焦高水平原创性科研工作狠下功夫。
2025-12-26 09:59
加载更多