近日，物理学院陈峰教授团队在光学系统中的拓扑相调控研究中取得重要进展，首次提出并在在集成光子平台上实验验证了一种全新的拓扑绝缘体生成机制——通过量子测量反作用（measurement backaction）诱导拓扑相变。该成果以“Measurement-Induced Photonic Topological Insulators”为题，发表在Science子刊Science Advances上。陈峰教授与纽约城市大学Andrea Alù教授为论文通讯作者，山东大学卓优博士后刘全城、博士研究生刘伟杰（已毕业）为共同第一作者，山东大学为第一作者单位和通讯作者单位。

图：测量诱导的光子拓扑绝缘体。 (a) 片上集成的光波导结构图，(b)测量诱导的拓扑边界传输。

传统拓扑绝缘体的实现依赖外部磁场、自旋轨道耦合或非线性效应等物理机制来诱导拓扑相的产生。本研究开创性地提出，利用量子力学中的测量过程作为驱动力实现拓扑相变，实现对拓扑序的动态调节，从而建立了一种全新的“测量诱导拓扑相”（measurement-induced topological phase）物理机制。在这一机制中，量子测量不再仅仅是信息提取的手段，而被上升为一种主动操控系统动力学演化与拓扑性质的物理工具。研究表明，在频繁测量的条件下，系统的演化会被投影限制在特定的希尔伯特子空间（即芝诺Zeno子空间）内，测量所带来的反作用（backaction）使系统的可达态空间发生动态重构。通过精确设计测量序列，可在不依赖晶格结构变化的前提下，有效改变系统的动力学行为，进而动态地重塑其有效哈密顿量，实现拓扑态的生成与调控。

在实验方面，该团队设计并制造了一个由65条直波导和16,800段分段测量波导组成的二维光子Lieb晶格系统。利用飞秒激光直写技术，实现了对不同晶格节点在空间维度和时间序列上的模拟测量过程，构建了一个模拟量子测量反作用的集成光子平台。通过在八步Floquet循环中对Zeno测量序列的精确控制，研究人员首次在实验中观察到测量诱导的拓扑边缘态传输和体态绝缘行为，明确验证了“测量生成拓扑”的物理构想。更为重要的是，该工作不仅展示了测量可驱动系统产生拓扑相，还进一步提出了基于测量的普适光子晶格控制框架。通过构造多级Zeno子空间，实验中实现了类光束分束器等器件功能，表明测量不仅可用于拓扑控制，也可作为集成光子系统的逻辑与功能模块构建手段，为量子信息处理和片上可编程光子器件提供了新范式。

该成果首次将“测量反作用”上升为拓扑物态生成与控制的独立机制，突破了拓扑物态传统依赖几何结构与外场驱动的认知范式，构建了“测量—动力学—拓扑”三者之间的系统性联系。这一理论与实验闭环的研究为构建新型可控拓扑材料和功能器件开辟了全新途径，并有望在量子计算、量子模拟、片上拓扑光子学等前沿研究方向的开展提供重要的理论和实验参考。

该研究工作得到国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金重大基础研究项目、山东省泰山学者攀登计划等的支持