高阶非厄米系统的灵敏度研究

我们提出了一个由三个无源谐振器组成的高阶系统的结构,近年来,相干完美吸收在各个方面受到越来越多的关注。相干完美吸收可以用于传感器的研究,我们将基于三态PT对称系统,通过分别对任何一个暗谐振器施加非本征扰动,我们可以清楚地观察到与微扰的立方根相关的频率响应。

基于Kekulé晶格非厄米系统拓扑边缘态的研究

基于Kekulé晶格,验证了物质拓扑相与晶格原子间耦合作用之间的关系,研究了非厄米效应对拓扑绝缘体的影响。设计了两种格点增益损耗分布方式,分别说明了不同增益损耗对体态能谱、边缘态能谱的影响。随着增益损耗值的增大,体态能谱和边缘态能谱将经历能带间隙减小,能带在临界值处关闭形成狄拉克点,随后狄拉克点劈裂形成一对奇异点的过程。区别于传统对Kekulé晶格的研究,在保持系统胞内耦合作用相同的基础上,将胞间耦合作用分化为水平方向和垂直方向的两个量,分别进行调控,验证了拓扑边缘态能谱中能带间隙的有无不仅与几何边界相关,也受系统胞间耦合相互作用的调控。

实验观测非厄米系统奇异点的手性翻转现象

在非厄米系统参数空间的黎曼曲面上存在简并点,此时本征值和相应的本征矢量同时合并,这些非厄米简并点也被称为奇异点.作为非厄米物理系统的相变临界态,奇异点会引起诸多违反直觉的现象,如损耗诱导透明、单向隐身以及非对称的模式转换.特别有趣的是,奇异点的本征矢量是自正交的,并且由于维度的缺失,特定非厄米系统的奇异点具有固有的手性.本文基于开口谐振环这种特殊的超构材料谐振子构造了耦合系数符号可以灵活调控的非厄米系统,并在实验上观测了非厄米系统奇异点的手性翻转现象.利用耦合系数符号的改变来实现非厄米系统奇异点的手性态调控,不仅为研究开放系统中的基本非厄米物理开辟了一条新的途径,而且在设计高效手性模式转换以及手性天线等光子器件方面具有一定的应用价值.

非厄米系统的量子模拟新进展

量子模拟利用可控性好的量子系统模拟和研究可控性差或尚不能获得的量子系统,是量子信息科学的主要研究内容之一.量子模拟可通过量子计算机、量子信息处理器或小型量子设备实现.非厄米系统近二十年来受到广泛关注,一方面是因为非厄米量子理论可作为传统厄米量子力学理论的补充和延拓,且与开放或耗散系统联系紧密.另一方面,可构造具有新奇非厄米性质的量子或经典系统,具有提高精密测量精度等应用价值.与厄米情况相比,非厄米量子系统的时间演化不具有幺正性,对其开展量子模拟研究具有一定的挑战.本文介绍了非厄米系统量子模拟理论与实验新进展.理论方面主要介绍了基于酉算子线性组合算法,简单梳理了各个工作的优势和局限性,并简要介绍了量子随机行走、嵌入式和空间拓展等量子模拟理论;实验方面简要介绍了利用核磁共振量子系统、量子光学以及利用经典系统模拟非厄米量子系统的实验.一方面,这些新进展结合了量子模拟与非厄米领域的研究,推动了非厄米系统本身的理论、实验和应用发展,另一方面拓展了量子模拟和量子计算机的可应用范围.

非厄米系统中单粒子波包的动力学行为

为了研究非厄米系统中单粒子波包的动力学行为,针对单粒子波包在紧束缚模型上的散射问题,基于量子模拟的理论,采用Bethe Ansatz方法,对单粒子波包在具有缺陷的紧束缚模型内的散射进行分析.结果表明:在非厄米哈密顿量的作用下,单粒子紧束缚模型的动力学特征由波包的透射率和反射率决定;非对称耦合结构的非厄米散射中心可以诱导波包在不同情况下发生共振穿透等行为,从而使信息的单向性输运在系统中成为可能.

CST中四态非厄米系统耦合模理论研究

使用时域有限差分法对四态非厄米系统的耦合模理论进行验证。基于耦合模式方程,给出此系统传输系数公式,计算得出系统的透射谱与反射谱。在CST软件中用开口谐振环设计四态非厄米系统,基于CST软件的时域有限差分法仿真得到系统传输系数并进行验证。计算与仿真得到的传输系数结果一致,表明利用耦合模理论处理四态非厄米系统可行。

非厄米力学系统基本原理与研究进展

非厄米理论是研究开放系统动力学行为的一种理论框架,其概念起源于量子力学,借助该理论可以揭示出奇异点、手性模态转换、拓扑趋肤效应等新奇现象,为反常波动与振动调控提供了新思路.本文着重以力学的语言对非厄米系统的基础概念进行介绍,阐明经典系统与非厄米系统的关联和扩展关系,并介绍相关前沿研究进展.首先介绍非厄米力学系统中的奇异点、宇称-时间反演对称性等基本概念,并介绍奇异点微扰理论及其在高灵敏度传感等领域的应用机理,之后介绍奇异点附近特征值曲面的拓扑结构,以及环绕奇异点的模态演化规律,最后介绍非厄米力学系统中的拓扑波动行为.

非厄米混合系统中快慢光的传播性质

为了研究非厄米混合系统中的快慢光传播性质,提出了一个非厄米磁量子电动力学(QED)混合模型.该模型由2个微波腔和1个钇铁石榴石组成.模型采用强泵浦场驱动磁子,采用弱探测场探测微波腔.研究表明:通过调节腔与磁子之间的相互作用强度和微波腔与磁子的耗散比,可以增加磁子诱导放大效应和提高快慢光的传播速度.该研究结果可为量子光学操纵、量子信息存储以及灵敏光开关的研究提供参考.

耗散诱导的非厄米边缘爆发重现

开放量子系统在一定程度上可由等效的非厄米哈密顿量来描述,因此探究非厄米系统的耗散作用有许多重要的现实意义.本文研究了开边界条件下一维非厄米系统中与耗散强度相关的动力学规律,发现耗散可诱导边缘爆发重新出现.粒子在开边界条件下的一维非厄米耗散晶格系统中进行含时演化后,系统存在边缘爆发即在边缘处有较大的粒子损失概率,而增大胞内跃迁强度后边缘爆发消失,研究发现若增大或者减小耗散强度,边缘爆发会重新出现.这种重现的与原先的边缘爆发有所不同,主要表现为粒子的损失概率分布由边缘分布趋向于体分布,这是由于两种情况下粒子运动方向的概率不同;更深层的原因与非厄米系统远离宇称-时间对称破缺点有关.另外还研究了杂质势垒对非厄米动力学中粒子损失概率分布的影响,结果表明在无耗散的A格点上放置很小的势垒就能明显地阻碍粒子运动,并且当势垒增大到一定高度后,其对粒子运动的影响趋于不变.

非厄米哈密顿量中的量子Fisher信息与参数估计

量子Fisher信息给出参数估计的最优精度极限,在量子度量学中有重要的应用.近年来,在量子系统中实现非厄米哈密顿量的理论与实验研究受到广泛关注.本文研究基于非厄米哈密顿量本征态的参数估计,给出其中单参数与两参数估计的量子Fisher信息及其量子Cramér-Rao下界,计算与分析非互易、具有增益-耗散的Su-Schrieffer-Heeger模型,非厄米量子Ising链、拓扑陈绝缘体模型和二能级系统中动量及外场参数估计的量子Fisher信息.结果表明:在这几个非厄米模型中,对于单参数估计,量子Fisher信息在能隙闭合区域和例外点附近显著增大,从而提高参数估计的精度极限;对于两参数估计,量子Fisher信息矩阵的行列式在能隙闭合和例外点附近同样明显增大,拓扑区域比平庸区域的整体评估精度更高,且由陈数确定两参数估计误差的拓扑下界.

非厄米临界动力学及其在量子多体系统中的应用

近些年来,非厄米与强关联两种元素开始融合并形成物理学中的一个重要研究领域,相关理论与实验的进展重塑了人们对于物质的理解.在该领域中,研究对象并不局限于非厄米元素对多体系统能谱以及本征态性质的影响,研究者们更加关注对量子态的操纵.例外点作为非厄米量子力学区别于厄米量子力学中最显著的特征得到了大家广泛的关注.除了围绕能谱例外点的非厄米拓扑能带理论以及量子探测等最新进展外,本文重点阐述以能谱例外点为基础的临界动力学现象及其在量子多体系统中的应用.当系统处于能谱例外点上时,属于例外点合并子空间中的任意初始态都将投影到体系的合并态上.基于量子态演化的方向性,本文回顾了近年来本课题组在量子自旋系统所发现的外场诱导的动力学磁化、横场Ising模型中的有限温相变、中心-环境系统中的量子铸模以及非厄米强关联系统中的超导态制备等几个代表性工作,着重讨论了与例外点相关的新的非平衡量子态制备方法以及探测方案.

高维非厄米系统奇异点的多样性研究

不同于传统的厄米系统,非厄米系统存在奇异点。当某一参数演化到奇异点时,非厄米系统发生相变,即两个本征态合并成一个。利用耦合的超材料人造原子,研究了二态和四态的非厄米系统。通过记录电磁波开放系统相干吸收峰频率随损耗的变化,研究了非厄米系统本征值的各种演化轨迹。理论和电磁场仿真结果表明,四态非厄米系统的本征态通过不同的方式合并,可以形成五种奇异点;其中,由两个以上本征态合并产生的奇异点,称为高阶奇异点。

利用表象变换求解非厄米量子系统的能量本征值

文章利用表象变换求解了二阶、四阶非厄米量子系统的本征值。在求解过程中,根据系统哈密顿算符在不同表象中的矩阵表示形式,求出系统存在奇异点的条件。

非厄米量子系统中基于表面等离子激元与量子点耦合的单向无反射传输

研究由一个金属纳米线中的表面等离子激元与两个量子点耦合构成的非厄米量子系统中表面等离子激元的单向无反射传输现象,通过适当地调整两个量子点之间的相位差,在异常点实现了表面等离子激元的单向无反射.

缓变非厄米简并量子体系的演变与复化Berry几何相因子

基于双正交基方法，通过推广厄米量子体系的高级绝热近似理论，研究了具有缓变参数非厄米有效哈密顿量的简并量子系统的绝热演化和非绝热修正。研究表明，在绝热条件下，复化的非阿贝尔Ｂｅｒｒｙ几何相因子将伴随着体系的演化。

非厄米镶嵌型二聚化晶格

非厄米系统近年来受到了物理学相关领域研究人员的大量关注.非厄米因素的存在往往会带来许多在厄米系统中不存在的新奇效应.本文引入一类新的非厄米晶格系统—非厄米镶嵌型二聚化晶格.在这一模型中,交替变化的非对称跃迁被等间距地施加在某些相邻格点的跃迁项中.研究结果表明,随着非对称跃迁强度的增大,系统在开边界条件下的能谱会从实数变为复数.此外,系统中的非厄米趋肤效应和不同边界条件下的能谱性质会受到镶嵌型调制周期的影响.当这一调制周期为奇数时,系统中不存在非厄米趋肤效应,且其能谱在开放和周期边界条件下是一样的(拓扑边界态除外);而当镶嵌型调制周期为偶数时,系统中存在非厄米趋肤效应,且其能谱在不同的边界条件下具有完全不同的结构.本文进一步研究了这类系统中的拓扑零能边界态,并计算了Berry相位对其进行表征.本研究揭示了镶嵌型非对称跃迁对系统性质的影响,拓展了非厄米系统这一领域的相关研究.

再谈“PT对称的非厄米体系的能谱性质”

本文详细讨论了具有PT对称的一维量子系统虚数势对能谱的影响,补充了《大学物理》2018年第3期《PT对称的非厄米体系的能谱性质》一文在系统维度为奇数情况下的结论.

φ-映射拓扑流理论在Weyl半金属拓扑分类中的应用

用φ-映射拓扑流理论对厄米及非厄米Weyl半金属进行拓扑分类.对一个给定的哈密顿,在动量空间建立一个由自旋组成的■场,再由这个■场给出拓扑荷密度分布.发现只有在■场模的零点,拓扑荷密度的值才不为零,而这些■场模的零点其实就是Weyl点或Weyl奇异点所在位置.通过对拓扑荷密度的积分,得到了可用于对系统进行拓扑分类的整数拓扑数.

非厄米光学系统中奇异点的传感应用

奇异点是非厄米系统参数空间中至少两个本征值和相应本征态同时简并的点,奇异点附近的异常光学现象,尤其是本征频率分裂对极小微扰的敏感特性,在超灵敏光学传感中有重要应用。本文主要结合近几年国内外关于奇异点的研究,介绍了奇异点及其在光学传感方面的相关理论,分析了奇异点传感和狄拉克点传感的不同;并着重总结奇异点传感在纳米颗粒检测、温度传感、折射率传感、光学陀螺仪和石墨烯生物化学传感等方面的最新研究进展。

基于线性与非线性干涉仪的量子精密测量研究进展

量子精密测量根据量子力学的基本原理,利用光、原子、磁之间的相互作用对待测物理量进行测量.随着实验条件和技术的成熟,如何利用干涉仪进一步提高位相信号这一物理量的测量精度从而打破散粒噪声的限制、突破标准量子极限并逼近海森伯极限成为研究的前沿课题.本文阐述了利用线性干涉仪(包括原子/光子干涉仪)与非线性干涉仪调用不同阶段的量子资源在测量过程中提高参数评估精度的几种方法,通过向干涉仪中输入非经典态来实现高精度测量,如压缩态、双数态、NOON态等,还介绍了为直接观测量子态而发展出的弱测量及其在非厄米系统中的应用和为消除参数之间精度制衡而提出的多参数测量.最后,对几种测量方法进行了分析比较,并展望了量子精密测量的发展前景.