El serbio fue eliminado por el surcoreano Chung Hyeon, de 21 años, mientras que el suizo venció al húngaro Marton Fucsovics.
Djokovic, seis veces campeón en Australia, cedió en tres sets; 7-6 (7/4), 7-5 y 7-6 (7/3).
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El antiguo número 1 mundial regresaba tras haber caído hasta la 14ª posición mundial debido a que pasó los últimos seis meses de 2017 fuera de las pistas por una lesión en el codo.
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Chung jugará por las semifinales con otra de las revelaciones del torneo, el estadounidense Tennys Sandgren (97º), que batió al austriaco Dominic Thiem, quinto favorito, en cinco mangas; 6-2, 4-6, 7-6 (7/4), 6-7 (7/9) y 6-3.
En el turno matinal Federer, número 2 mundial, venció a Fucsovics por 6-4, 7-6 (7/3) y 6-2.
"Jugó muy bien. Las condiciones eran rápidas y él tiene un tenis limpio, es bonito de ver, me hizo daño en los dos primeros sets", dijo Federer de su habitual compañero de entrenamientos.
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Vigente campeón, no tuvo que salvar ninguna pelota de break en un partido tranquilo. En la próxima ronda se enfrentará al checo Tomas Berdych (N. 20), que apeó al italiano Fabio Fognini (N.25); 6-1, 6-4 y 6-4.