福州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在非厄米量子力學(xué)領(lǐng)域取得新進(jìn)展

記者近日從福州大學(xué)獲悉，該校物理與信息工程學(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。相關(guān)成果于2023年12月29日發(fā)表在國(guó)際刊物《物理評(píng)論快報(bào)》上。審稿專家認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)是非厄米量子系統(tǒng)糾纏性質(zhì)研究領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。

鄭仕標(biāo)介紹，開(kāi)放量子系統(tǒng)區(qū)別于孤立系統(tǒng)最顯著的特征，是對(duì)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20年來(lái)，人們?cè)诶碚撋项A(yù)測(cè)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了奇異點(diǎn)導(dǎo)致的各種非厄米現(xiàn)象。但是，這些現(xiàn)象都可能在量子系統(tǒng)和經(jīng)典系統(tǒng)中出現(xiàn)。這導(dǎo)致了一個(gè)懸而未決的根本性問(wèn)題：什么樣的非厄米現(xiàn)象能夠完全背離經(jīng)典物理？

該團(tuán)隊(duì)研究發(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)出量子糾纏的突變現(xiàn)象。一方面，糾纏是純量子力學(xué)效應(yīng)，沒(méi)有對(duì)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，他們所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象回答了上述根本問(wèn)題。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)在電路量子電動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中實(shí)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(cè)到了奇異糾纏相變。

實(shí)驗(yàn)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)的四分之一（奇異點(diǎn)）時(shí)，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(gè)臨界值時(shí)，糾纏度突然停止變化，其變化率從一個(gè)大于零的常數(shù)跳躍到0，驗(yàn)證了理論預(yù)測(cè)。

由于在奇異點(diǎn)附近，非厄米系統(tǒng)的性質(zhì)對(duì)控制參量的變化很敏感，奇異點(diǎn)效應(yīng)有助于實(shí)現(xiàn)高靈敏度傳感。迄今為止所報(bào)道的奇異點(diǎn)增強(qiáng)的傳感都局限于經(jīng)典系統(tǒng)，該研究所提出的方法有望用于量子系統(tǒng)參量的高靈敏度測(cè)量。（記者 謝開(kāi)飛 通訊員 許曉鳳）