2026年2月23日——19世纪末发现的经典“霍尔效应”描述的是：当电流垂直于磁场方向通过导体时，会在导体两侧产生横向电压。简言之，磁场会使带负电的电子发生横向漂移，导致导体条一侧积累负电荷，另一侧呈现正电荷。

数十年来，这种电压差被用作精密测量磁场的诊断工具，并用于表征材料掺杂水平（即在纯净材料中添加微量受控杂质以改变其导电特性）。20世纪80年代，在超低温和超薄导体（想象一张纸的厚度）条件下的实验发现：强磁场中，这种电压差并非线性增长，而是呈现精确定义的阶梯状变化。

这些量子平台具有普适性，与材料成分、形状或微观缺陷无关，仅取决于宇宙基本常数：电子电荷与普朗克常数。这就是量子霍尔效应——其重要性催生了三项诺贝尔物理学奖：1985年表彰该效应的发现，1998年奖励分数量子霍尔效应的发现，2016年授予物质拓扑相态的发现。

迄今为止，量子霍尔效应主要在以电荷响应电磁场的电子中观测到。而作为光量子的光子呈电中性，不受这些力影响。因此，在光系统中复现量子霍尔效应曾是重大挑战。

突破不可能

如今，一支国际研究团队实现了这一历史性突破：他们首次观测到光的量子化横向漂移。该成果发表于《物理评论X》期刊。

“光会遵循量子化规律漂移，其阶梯特征与强磁场中电子的行为类似，”该研究的合著者、蒙特利尔大学物理学教授菲利普·圣让解释道。他指出这项发现意义深远：在精密测量科学领域，光学系统或将成为新的国际基准，补充甚至替代现有电子系统。

量子霍尔效应已应用于计量学。“如今千克的定义基于机电装置比对电流与质量时使用的基本常数，”圣让说明，“要实现完美校准，我们需要电阻的普适标准——量子霍尔平台正好提供了这种标准，使全球各国共享统一的质量定义，无需依赖实体基准。”

该团队认为，光流的量子化控制不仅能推动计量学发展，还将为量子信息处理等领域开辟新前景，甚至为更具鲁棒性的量子光子计算机铺路。另一方面，对这种完美量子化的细微偏离可反映特定环境扰动，从而开发出超高精度传感器。

“观测光的量子化漂移极具挑战，因为光子系统本质处于非平衡态，”圣让强调，“不同于电子，光需要精确控制、操纵和稳定。”

研究人员设计的实验依托尖端工程技术，他们表示这为开发新一代信息传输与处理光子器件提供了全新可能。