安德森局域化是一种由无序介质中的多重散射与相干干涉引起的波动局域现象，最早由 Anderson 于 1958 年提出。其核心特征在于，波在强无序环境中被有效困住，从而无法在体系中发生正常的扩散。尽管该概念最初源于电子输运问题，但随后已在多种物理体系如光学、冷原子系统中获得了广泛而清晰的实验验证。这些跨平台的实验进展表明，安德森局域化是一种普适的波动物理现象

然而，现有研究很少聚焦于具有非零动量初始粒子的动力学行为。在此背景下，近年来科学家们提出了一种超出传统安德森局域化认知的反直觉动力学效应——量子回旋效应（quantum boomerang effect）。该效应从理论上否定了“强无序体系中波只能局域”的传统观点：当一个具有初始速度的波包注入无序介质后，其平均位置-中心质量并不会仅仅停留在初始偏移处，而是会在长时间演化中逐渐返回至初始出发点。该现象源于两种关键机制的协同作用：一方面，安德森局域化保证了波包在长时间极限下形成时间无关的稳态空间分布；另一方面，体系所具有的宇称-时间（PT）对称性使得该稳态分布对动量方向不敏感，从而导致波包平均位置的回返行为。对这一问题的探索不仅有助于拓展安德森局域化与非平衡动力学的研究边界，也有望为光子体系中的反直觉输运现象与新型波动调控机制提供新的物理思路。

图1. 光学量子回旋效应

研究课题组基于光量子芯片，利用飞秒激光直写技术制备了一维无序波导晶格，构建了一个高度可控的光量子模拟器。在该系统中，光沿波导方向的传播（轴）等效于量子力学中的时间演化。课题组首先验证了该系统可以在无序晶格下支持安德森局域化，然后注入一个具有特定初始动量（）的宽高斯光束，其质心轨迹明确展现出“远离—折返—回归”的完整过程，验证了光回旋效应。

图2. 实验观测。

课题组还进一步理论提出并实验实现了两种主动调控该效应的方法:对称梯度损耗（波导损耗随距离中心位置增大而增强）与时变耦合控制，均成功加速光波包返回起点，且最大偏移距离保持不变。这一进展将传统认为不利的光学损耗转化为可调控自由度，以及设计系统时变耦合，实现了对无序系统中回旋效应的主动操纵。

该研究不仅在光子芯片上实现了光量子回旋效应，更开创了一个高度可控的研究平台,为未来在非线性光学、多光子纠缠等复杂光量子体系中研究无序环境下的输运现象打开了新的大门，并在光学隐身、光镊等光操控技术中具有潜在应用价值。

相关成果于2026年1月16日以“Quantum boomerang effect of light”为题发表在《Nature Communications》。浙江大学物理学院博士生侯祥锐、吴赵鑫为论文共同第一作者，杨兆举研究员为通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金及中央高校基本科研业务费等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-026-68293-8