Starea fracţională cuantică Hall, descoperită în 1981, rezultă din comportamentul electronilor într-un material special, sub acţiunea unui câmp magnetic puternic.

Observarea acestui fenomen reprezintă un obiectiv major pentru cercetări în domeniul fizicii materiei condensate. Acest efect, o versiune a mecanicii cuantice, a fost demonstrat de Horst Störmer, Daniel C. Tsui şi Robert B. Laughlin, co-laureaţi ai Premiul Nobel pentru Fizică în 1998.

Acest efect era cunoscut a se manifesta într-un gaz de electroni bidimensionali, care sunt într-o interacţiune puternică. Supus anumitor câmpuri magnetice, acest gaz formează o stare care prezintă mai multe proprietăţi ale unui lichid.

Echipa de cercetare, coordonată de profesorii Lu Chaoyang şi Pan Jianwei, a conceput un sistem format din 16 „cutii de fotoni” microscopice amplasate pe un microcip, în care un singur foton este izolat în fiecare cutie. Această abordare inovativă „de jos în sus” le-a permis crearea artificială a stării cuantice dorite.

„Această tehnologie, cunoscută drept simulare cuantică, este o componentă cheie a ‘celei de-a doua revoluţii cuantice’ şi urmează să aibă aplicaţii în viitorul apropiat, în domeniul calculatoarelor cuantice”, conform lui Pan.

Simulările cuantice oferă un instrument puternic pentru înţelegerea şi manipularea sistemelor cuantice complexe, deschizând drumul progreselor în domeniul procesării cuantice a informaţiilor.

„Putem combina atomi în funcţie de cerere şi design, deschizând o nouă cale pentru a înţelege lumea”, conform lui Pan. „Această abordare ne permite să construim maşini cuantice de la zero, ducând la dezvoltarea unor tehnologii cu totul noi”, a adăugat el.

În mod obişnuit, studierea efectului Hall necesită o serie de condiţii experimentale stricte, printre care temperaturi foarte joase şi materiale de înaltă puritate. Metoda echipei de la USTC a depăşit aceste limitări folosind fotoni în locul electronilor.

„Prin acest sistem de fotoni creat artificial poate fi obţinut controlul, ceea ce duce la o flexibilitate mai ridicată”, conform lui Lu. „Acest lucru ne permite să manipulăm cu precizie fiecare componentă şi să obţinem o mai bună înţelegere a sistemelor cuantice”, a mai susţinut el.

Lu Chaoyang a adăugat că acest studiu a deschis un nou capitol în explorarea unor fenomene cuantice exotice.

„Folosind cutii artificiale pentru fotoni ca unităţi de bază, putem crea mai multe dintre stările cuantice bizare care nu există în mod natural în lumea noastră. Acest lucru deschide drumul pentru cercetarea şi descoperirea unor fenomene ştiinţifice cu totul noi”, a precizat el.