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

  • 景德镇陶阳里:城市更新激发文旅新活力

  • 全运会香港赛区官方特许商品开售

独家策划

推荐阅读
新时代新征程,以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业,实现新型工业化是关键任务。
2025-07-15 04:10
现阶段,人工智能赋能新型工业化已取得明显成效,但仍存在人工智能关键硬件与开源软件储备不足、人工智能在重点行业领域应用率偏低、人工智能领域人才短缺且结构不合理、缺乏适应人工智能发展的标准体系和法律法规等问题。
2025-07-15 04:10
2025年可谓人形机器人的“破圈”之年。从蛇年春晚舞台的机器人扭秧歌,到北京亦庄的机器人马拉松,再到浙江杭州的机器人格斗赛……人形机器人正从“实验室”迈向各类“应用场”。
2025-07-15 02:55
科考船在狂风巨浪中剧烈摇摆,寻找渺小的目标如同大海捞针。回收沉睡海底半年的海底地震仪,是这次出海科研任务中最艰难的一环。“快看!在那儿!”随着一声疾呼划破沉寂,
2025-07-15 02:55
老北京人都知道,居家过日子,买剪刀要买王麻子的,吃腐乳要吃王致和的,穿布鞋要买内联升的…… 这是为啥?因为人家的这些物件,得劲儿呗!为啥得劲儿?匠心所致也!
2025-07-15 02:55
从27岁到60岁,33载深蓝搏击,马远良实现了中国航空声呐从无到有、从追赶到并跑乃至局部领先的壮举。
2025-07-14 08:49
何熙昱锦也表示,脑机接口技术涉及芯片、传感器、算法、应用等多个环节,需要上下游企业形成更紧密的合作关系。
2025-07-14 08:45
在论坛签约仪式上,中国、哈萨克斯坦、巴基斯坦、埃及等国家共签署12个数字经济合作项目,涉及跨境电商、智慧城市等领域。
2025-07-14 08:45
天然铀是重要的战略资源和能源矿产,铀资源勘查采冶位于核燃料循环体系的前端,是核工业发展的重要物质基础。
2025-07-14 08:42
这条从技术突破、场景深耕到生态协同的融合路径,正强劲驱动中国人工智能产业迈向高质量跃升。
2025-07-14 08:41
据国家统计局最新发布的数据,2025年全国夏粮总产量达到14973.8万吨,单位面积产量与去年基本持平,总体实现了夏粮生产的平稳运行。这一成绩的取得,
2025-07-14 04:15
从蓝莓大棚里的生长曲线,到肉牛项圈里的健康密码,广西的特色农业正被人工智能重新定义。
2025-07-14 04:25
7月13日,随着和田—民丰—且末—若羌750千伏输变电工程最后一相导线跨越和若铁路、国道315,稳稳抵达188号铁塔,历经15年建设的新疆环塔里木盆地750千伏输变电工程(以下简称“环塔工程”)全线贯通,进入投运倒计时。
2025-07-14 04:25
防晒,究竟该如何掌握分寸,才能在抵御伤害与拥抱健康之间找到平衡点?
2025-07-11 09:58
生命只有一次,心脏健康不容忽视。唯有提高对心梗症状的警觉性,掌握正确的急救方法,才能为生命筑起一道坚实的“心”防线。
2025-07-11 09:58
晒后背是一种传统的养生方法,符合中医“冬病夏治”的理论,其核心在于借助盛夏充沛的自然阳气,通过阳光照射背部,来提升人体自身阳气。
2025-07-11 09:58
截至7月10日,我国“北气南下”能源大通道累计输气量突破1000亿立方米,安全平稳运行超2000天,标志着这条纵贯南北的能源大动脉在保障国家能源安全、推动绿色转型方面取得重大进展。
2025-07-11 04:55
从自然资源部新一轮找矿突破战略行动办公室了解到,今年上半年,全国新发现矿产地38处,同比增长31%;新发现矿产地中,大中型矿产地25处。
2025-07-11 04:10
时下,智能手机已成为人们获取信息、社交娱乐的重要工具。多学科专家指出,当我们刷手机出现注意力极度涣散、缺乏独立思考能力、情绪化反应严重、深度学习能力下降、空虚感增加等症状时,就表明我们的大脑正在被“腐蚀”。所谓的“脑腐”,即因长期暴露于碎片化信息而引发的认知衰退与脑功能损伤。
2025-07-11 04:10
由于肉眼很难发现水污染的情况,洪水之后饮水需要特别注意,避免直接饮用自来水、山泉水、河水、湖水等。肖丹提醒,如果不适症状较为严重,出现持续高热、剧烈呕吐、严重腹泻、脱水、意识障碍等,或皮肤干燥、眼窝凹陷、少尿等情况,应及时就医。
2025-07-10 09:34
加载更多