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2020年06月14日
中国科大首次实现循环式宇称时间对称量子模拟器

我校郭光灿院士团队在非厄米量子模拟研究中取得重要进展。该团队李传锋、唐建顺、王轶韬等人在国际上首次实现了循环式宇称时间(PT,parity-time)对称量子模拟器的构建,并基于该模拟器观测到量子态在PT对称系统中的动态演化行为,为深入研究非厄米量子物理提供了有效的实验平台。该成果于2020年6月11日发表于国际权威物理学期刊《物理评论快报》上。


PT对称系统是一类由满足宇称时间反演不变的动力学哈密顿量所控制的物理系统。与常见的厄米系统相比,一方面PT对称系统同样具有实数本征能谱,其中能够存在稳定的本征动力学模式;另一方面,PT对称系统中的本征动力学模式具有特殊的非正交性质,且系统能带在奇异点(exceptional point)附近具有独特的拓扑结构。因此PT对称系统具有多种新奇的非厄米物理特性,在国际上受到广泛的研究关注。目前PT对称动力学已在多种经典系统中被实现并展现出广泛的应用价值。而在量子领域,受限于量子系统的操控难度,PT对称动力学的多种量子物理性质仍缺乏深入的实验研究和应用。


李传锋研究组基于自主设计的非厄米量子逻辑门及单光子循环演化结构,在线性光学系统中首次实现了循环式PT对称量子模拟器的构建。该量子模拟器可以有效模拟PT对称量子系统的动力学演化过程,并输出离散时间模式下的演化量子态。基于该量子模拟器,研究组实验观测了PT对称未破缺区和破缺区中的量子态动态演化过程,并研究了量子态可分辨性在奇异点附近的动力学临界相变现象。该工作可以为PT对称及其它非厄米量子物理的研究提供有效的实验平台。


该成果得到了审稿人的高度评价:“The authors’ approach for achieving this is unique. More specifically, as far as my search shows, there is no previous report in which a quantum simulator is used to realize the discrete-time PT-symmetric quantum dynamics.(作者的实现方法是独特的,特别是尚未报道有量子模拟器用于实现离散时间的宇称时间对称量子动力学)”;“I believe that the paper is of broad interest to a wide audience, opening the pathway for doing a lot of interesting future research works.(我相信这篇论文会受到广泛关注,并为未来多项有趣的研究工作开辟道路)”。


中科院量子信息重点实验室博士后王轶韬和博士研究生李志鹏为论文共同第一作者,李传锋教授、唐建顺教授为论文共同通讯作者。该工作得到了科技部、国家基金委、中国科学院、安徽省、博士后科学基金的资助。


循环式宇称时间对称量子模拟器结构图


论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.230402


(中科院量子信息重点实验室、中科院量子信息与量子科技创新研究院、科研部)



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