通常的材料可以看作主要由电子组成，那么光子是否也能做材料呢？这是量子多体物理问题中的一个新前沿。如何通过一些技术手段修饰光子、使之具备拓扑性是其中一个有趣的研究问题。

近日，芝加哥大学的研究人员在5*5的超导三维谐振腔阵列上演示了一种拓扑体态和边界态。这个阵列每2*2的子格中有一个谐振腔内部具有3根柱状结构，另外三个谐振腔则具有1根柱状结构，通过空间结构带来的对称破缺实现了四分之一磁通的Hofstadter晶格。具有3根柱状结构的谐振腔腔有三个模式，其中一个用来构成晶格，另外两个分别通过与周围单柱和YIG晶体的耦合在频率上进行调节。该系统的体态和边界态有不同的Chern数，在一个边界的谐振腔上施加对应不同能带频率的驱动，可以得到两种手性的边界态，且寿命是单个腔模的20倍多。Transmon比特及其读出谐振腔和角落上一个谐振腔耦合，用来探测各模式的光子数。探测时，把比特激发到|f>态，再加|e>和|f>之间的Floquet驱动，调节比特等效|e>态频率使得|g>和等效|e>态的频率差与需要探测的腔模共振，总效果是|f0>和|g1>之间发生拉比振荡。实验显示由于波函数交叠程度不同，比特和边界态的耦合比和体态强。

该工作通过在合成光子学平台上研究其拓扑特性，从而探索了凝聚态物理和量子光学的交叉领域，进一步增加比特数，有望在该平台上研究手性量子通信和任意子等问题。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2109.06033v1