光子学中人工合成空间的概念在最近几年中被研究者提出并得到了广泛的关注，是当前光子学与光学研究领域中的一个新兴课题。其中，利用系统的参量空间，结合一维实空间维度，人们能够在一维的物理系统中研究二维人工合成空间内的新奇物理现象。

我们在理论上研究了一维原子链在空间上周期性分布的磁场调制下所展现的量子态。在该一维原子链上，处于不同能级上的原子以光子为媒介有着偶极-偶极相互作用。而另一方面，外加的磁场会使原子的能级劈裂，同时空间周期性的磁场强度分布又使不同原子的能级劈裂程度有所不同。因此，该一维物理系统，结合磁场的参量维度，可以使我们在合成空间中研究等效的二维Hofstadter butterfly能带结构。我们发现，虽然原子系统存在着长程相互作用以及耗散，但该有限的一维原子链依旧支持着拓扑边界态。通过磁场参数的调节，边界态能够可控的展现超辐射特性或亚辐射特性。有效的实现量子态的操控对量子信息、量子测量、以及量子非线性等领域有着重要的意义。

左图：在周期性磁场下的一维原子链模型；右图：等效二维Hofstadter butterfly能带结构

该成果于2019年12月12日以题为 “Tunable super- and subradiant boundary states in one-dimensional atomic arrays”发表在Communications Physics。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s42005-019-0263-0