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腔量子电动力学通过将谐振器与非线性发射器 1 耦合来探索光的粒度，在现代量子信息科学和技术的发展中发挥了基础性作用。与此同时，凝聚态物理学领域因发现底层拓扑 2 – 4 而发生了革命性的变化，这种拓扑变化通常源于时间反演对称性的破缺，例如量子霍尔效应。在这项工作中，我们探索了拓扑非平凡的 Harper-Hofstadter 晶格 5 中 transmon 量子比特的腔量子电动力学。我们组装了铌超导谐振器 6 的晶格，并通过引入亚铁磁体 7 来破缺时间反演对称性，然后再将系统耦合到 transmon 量子比特。我们用光谱方法分辨晶格的各个体模式和边缘模式，检测激发的 transmon 和每个模式之间的 Rabi 振荡，并测量 transmon 的合成真空诱导兰姆位移。最后，我们展示了利用 transmon 计数拓扑能带结构每个模式内单个光子 8 的能力。这项工作开辟了实验手性量子光学 9 领域，使微波光子的拓扑多体物理成为可能 10,11，并为背向散射弹性量子通信提供了途径。由光构成的材料是量子多体物理学的一个前沿 12 。依靠非线性发射器来产生强光子 - 光子相互作用和超低损耗超材料来操纵单个光子的属性，这个领域探索了凝聚态物理和量子光学的接口，同时生产用于操纵光的设备 13,14。最新研究成果表明，光子在具有拓扑特性15的光子中会经历圆形时间反转破缺轨道，这为探索诸如（分数）量子霍尔效应2、3、Abrikosov晶格16和拓扑绝缘体4等固态现象的光子类似物提供了机会。在电子材料中，圆形电子轨道是由磁或自旋轨道耦合4产生的。与电子不同，光子是电中性物体，因此不会直接与磁场耦合。因此，人们正在努力为光子生成合成磁场，并更广泛地探索在合成光子平台中拓扑量子物质的概念。光学和微波拓扑光子学都在这一领域取得了重大进展。在硅光子学 17、18 和光学 19、20 中，通过在偏振或空间模式中编码伪自旋，已经实现了合成规范场，同时保持了时间反转对称性。在射频和微波超材料中，已经探索了具有时间反转对称性 21、22 和破缺时间反转对称性的模型，其中时间反转对称性破缺由以下因素引起：
手性腔量子电动力学
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