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實驗室在量子模擬方面取得重要進展。該實驗室周正威、周祥發(fā)等提出了一種只需要單個簡并腔就可以模擬重要拓撲物理機制的新方案，從而大大簡化了在光學(xué)諧振腔系統(tǒng)中仿真拓撲現(xiàn)象的物理需求。相關(guān)研究成果2月22日發(fā)表在《物理評論快報》上 [Phys. Rev. Lett. 118, 083603 (2017)]。

　　拓撲物理是當前凝聚態(tài)理論和實驗研究的熱點，對該現(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。然而，當前對拓撲現(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，從而更高效地模擬和調(diào)控這一重要物理機制，對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)控光子的角動量自由度，實現(xiàn)在人工維度中模擬光子的拓撲物質(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)控拓撲物質(zhì)的方案。通過重新改造簡并腔的設(shè)計，使得光腔內(nèi)的光子角動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)于體系的重要拓撲物理現(xiàn)象，均可以從該系統(tǒng)的邊界態(tài)上反應(yīng)出來，進而可以通過光信號讀取。

　　該方案的顯著優(yōu)點是將拓撲物理的模擬和調(diào)控，簡化了到單個光學(xué)腔中實現(xiàn)，從而大大降低了實驗的難度。此外，考慮到單個光腔系統(tǒng)在操控上方便性，該系統(tǒng)還可以用來研究拓撲態(tài)的動力學(xué)特征。當前，對動力學(xué)系統(tǒng)中的拓撲效應(yīng)研究，還有許多問題有待解決。該方案也為研究這一機制提供非常簡潔的物理平臺設(shè)計。

　　中科院量子信息重點實驗室周祥發(fā)副研究員為文章的第一作者，這項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)