中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在量子模擬方面取得重要進(jìn)展。該實(shí)驗(yàn)室周正威、周祥發(fā)等提出了一種只需要單個(gè)簡并腔就可以模擬重要拓?fù)湮锢頇C(jī)制的新方案，從而大大簡化了在光學(xué)諧振腔系統(tǒng)中仿真拓?fù)洮F(xiàn)象的物理需求。相關(guān)研究成果2月22日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上 [Phys. Rev. Lett. 118, 083603 (2017)]。

　　拓?fù)湮锢硎钱?dāng)前凝聚態(tài)理論和實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)，對(duì)該現(xiàn)象的研究不僅僅是物理學(xué)內(nèi)在的追求，也為新的功能化材料和器件的研究提供了契機(jī)。然而，當(dāng)前對(duì)拓?fù)洮F(xiàn)象的研究目前主要集中材料系統(tǒng)中。尋找新的物理平臺(tái)，從而更高效地模擬和調(diào)控這一重要物理機(jī)制，對(duì)探索其中的物理和開發(fā)新的應(yīng)用等均有著不可估量的作用。在此之前，周正威研究組曾提出一種在簡并腔陣列系統(tǒng)中，通過調(diào)控光子的角動(dòng)量自由度，實(shí)現(xiàn)在人工維度中模擬光子的拓?fù)湮镔|(zhì)的新方案(Nat. Commun. 6,7704 (2015))。

　　周正威等研究人員在之前工作的基礎(chǔ)上，提出了一種更為簡化的模擬和調(diào)控拓?fù)湮镔|(zhì)的方案。通過重新改造簡并腔的設(shè)計(jì)，使得光腔內(nèi)的光子角動(dòng)量模式具有一定的復(fù)合結(jié)構(gòu);再利用光子在空間模式的差別，實(shí)現(xiàn)了在人工維度中構(gòu)造出等效的物理邊界。通過這樣的改造后，所有關(guān)于體系的重要拓?fù)湮锢憩F(xiàn)象，均可以從該系統(tǒng)的邊界態(tài)上反應(yīng)出來，進(jìn)而可以通過光信號(hào)讀取。

　　該方案的顯著優(yōu)點(diǎn)是將拓?fù)湮锢淼哪�擬和調(diào)控，簡化了到單個(gè)光學(xué)腔中實(shí)現(xiàn)，從而大大降低了實(shí)驗(yàn)的難度。此外，考慮到單個(gè)光腔系統(tǒng)在操控上方便性，該系統(tǒng)還可以用來研究拓?fù)鋺B(tài)的動(dòng)力學(xué)特征。當(dāng)前，對(duì)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中的拓?fù)湫��?yīng)研究，還有許多問題有待解決。該方案也為研究這一機(jī)制提供非常簡潔的物理平臺(tái)設(shè)計(jì)。

　　中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周祥發(fā)副研究員為文章的第一作者，這項(xiàng)工作得到國家基金委、中科院、科技部和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。在職研究生網(wǎng)