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　　近日，北京理工大學物理學院張向東教授課題組（博士研究生王波、青年教師陳天副教授和張向東教授）構建出了能夠適用于觀察拓撲界面態的二維量子行走平臺。在這個平臺上首次實驗上觀測到陳數為零的拓撲保護束縛態。相關研究成果發表在近期的《物理評論快報》【Phys. Rev. Lett. 121, 100501 (2018)】上，該工作得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金委的資助。博士生王波主要負責實驗方面的內容，陳天副教授負責理論部分，他們為共同第一作者，張向東教授和陳天副教授為共同通訊作者。

　　盡管拓撲保護束縛態的存在等一系列的拓撲現象首先在電子系統中被預言，越來越多的研究表明光學系統可以提供一個用于觀察拓撲現象的平臺。而基于光學系統所搭建的量子行走平臺表明，量子行走可以作為一種有效的量子模擬工具被用來研究受時間驅動系統的拓撲相。然而，現有的一些實驗研究僅局限于了一維量子行走。對于二維及更高維度的量子行走方案，由于缺乏對于量子行走中位置空間的有效操控，在量子行走系統中無法同時構造出表征有不同拓撲相的區域，因此對于存在于二維及更高維度的量子行走中的拓撲相關現象還沒有被實驗觀測到。

　　最近，我們第一次搭建出能夠適用于觀察拓撲界面態的二維量子行走系統。我們使用光的軌道角動量和空間位置兩個自由度來映射出量子行走系統的二維位置空間。我們利用定制的具有多個圖案的q-plate和雙折射晶體，可以分別實現在光的軌道角動量和空間位置上有條件平移操作；配合半波片實現偏振旋轉操作，我們在實驗上就實現了二維量子行走（如圖1所示的實驗方案）。由于在該平臺上可以很方便的對不同的位置空間執行不同的旋轉操作，因此我們可以在系統中構建出不均勻的區域用以表征不同的拓撲相。在這兩塊不均勻的區域的邊界上，我們首次在二維量子行走中觀測到反常的拓撲保護束縛態，并且證明了在擾動和無序條件下該束縛態的魯棒性（如圖2展示的實驗結果）。通常情況下，人們認為拓撲保護的束縛態會出現在兩個具有不同拓撲相的區域的界面處，而我們的研究結果表明，在兩個拓撲相對應的拓撲不變量相同（陳數都為0）的區域界面處，也是存在拓撲保護的束縛態。這種現象不符合以往在靜態系統中對于陳數的理解，而是周期性驅動的離散行走中特有的現象。在之前的光學波導系統中，通過精巧的設計，研究者可以觀察到反常的拓撲保護的束縛態；而在量子行走系統中，我們從實驗上證明了反常的拓撲保護的束縛態的存在。我們的研究結果豐富了人們對拓撲相的理解，并且為研究高維量子行走的拓撲現象提供了一種新途徑。