福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院教授鄭仕標(biāo)課題組發(fā)現(xiàn)非厄米復(fù)合量子系統(tǒng)在奇異點(diǎn)能夠呈現(xiàn)出糾纏相變。2023年12月29日，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《物理評論快報》。
非厄米光-物質(zhì)相互作用系統(tǒng)及奇異糾纏相變示意圖。福州大學(xué)供圖
開放量子系統(tǒng)區(qū)別于孤立系統(tǒng)的最顯著特征是對應(yīng)的非厄米哈密頓量允許奇異點(diǎn)的存在，在該點(diǎn)哈密頓量的本征能和本征態(tài)均融合。近二十年來，人們在理論上預(yù)測并在實驗上驗證了奇異點(diǎn)導(dǎo)致的各種非厄米現(xiàn)象。但是，這些現(xiàn)象都可在量子和經(jīng)典系統(tǒng)中出現(xiàn)。這導(dǎo)致了一個懸而未決的根本性問題：什么樣的非厄米現(xiàn)象能夠完全背離經(jīng)典物理？
課題組發(fā)現(xiàn)，非厄米光子-量子比特相互作用系統(tǒng)在奇異點(diǎn)能夠呈現(xiàn)出量子糾纏的相變現(xiàn)象。一方面，糾纏是純量子力學(xué)效應(yīng)，沒有對應(yīng)的經(jīng)典概念；另一方面，該糾纏相變是非厄米系統(tǒng)所特有的奇異點(diǎn)效應(yīng)。因此，該團(tuán)隊所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象回答了上述根本問題。
課題組在電路量子電動力學(xué)系統(tǒng)中實現(xiàn)了量子比特與具有耗散的微波諧振器的可控耦合，并在此基礎(chǔ)上觀測到了奇異糾纏相變。實驗結(jié)果表明,當(dāng)量子比特與諧振器的微波光子的耦合系數(shù)小于耗散系數(shù)的1/4時，即奇異點(diǎn)時,系統(tǒng)本征態(tài)的糾纏度與耦合系數(shù)成正比。當(dāng)耦合系數(shù)達(dá)到這個臨界值時，糾纏度突然停止變化，其變化率從一個大于零的常數(shù)跳躍到0，驗證了理論預(yù)測。
審稿專家認(rèn)為，這個工作代表了非厄米量子系統(tǒng)糾纏性質(zhì)研究的一個里程碑。
由于在奇異點(diǎn)附近，非厄米系統(tǒng)的性質(zhì)對控制參量的變化很敏感，奇異點(diǎn)效應(yīng)可應(yīng)用于高靈敏度傳感的實現(xiàn)。迄今為止所報道的奇異點(diǎn)增強(qiáng)的傳感都局限于經(jīng)典系統(tǒng)。課題組所提出的方法有望用于量子系統(tǒng)參量的高靈敏度測量。
福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院博士生韓佩容為論文第一作者，福州大學(xué)青年教師吳凡和博士生黃鑫杰為共同第一作者，福州大學(xué)教授鄭仕標(biāo)、楊貞標(biāo)以及美國肯尼紹州立大學(xué)博士溫建明為論文的共同通訊作者。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.260201
本文鏈接：http://www.3ypm.com.cn/news-8-883-0.html奇異點(diǎn)呈現(xiàn)糾纏相變，非厄米量子力學(xué)有新發(fā)現(xiàn)
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