发布日期：2024-10-31 05:48 点击次数：52
8月16日白虎 女，《当然·物理》（Nature Physics）在线发表我系肖艳红课题组题为“Anti-Parity-Time Symmetry with Flying Atoms”的著作，报谈该组在执行上初度终端具有宇称-时间反对称性（Anti-PT对称性）光学哈密顿量的关结合束。该责任是与好意思国耶鲁大学蒋良西宾和温建明博士表面团队的合营后果。
PT对称性与PT反对称
白虎 女
在传统的量子力学中，态状一个量子力学系统的哈密顿量在数学上必须具有厄密性，从而保证据的可不雅测量和体系几率守恒。这意味着该系统是一个颓落的系统，不与外界发生能量交换。非厄密的哈密顿量只是算作一种表面近似器用用于等效地态状一个物理体系与外界环境发生相互作用的情形。关联词，Bender 和 Boettcher在1998年指出，厄密性并非本征值为实数的必要条款，关于心仪宇称-时间对称性（PT对称性）的非厄密哈密顿量，在发生对称性破缺之前其本征值全部为实数，发生对称破缺之后其本征值将出现虚数。对称性从非破缺到破缺的流程即为相变，雷同于从水形成冰的流程，水的景况从液态形成了固态。所谓PT对称性则是指该哈密顿量在经过一次时间反演（T）和空间反射（P）操作之后还是保合手表情不变。不错这样清爽，假定存在一个天下和一面众多的镜子，在镜子当中反射出的天下里若是让时间倒流，咱们看到的情形和镜外的天下十足相同，那么这个天下即是PT对称的。该表面很可能拓宽现在量子力学框架，因此引发了东谈主们对非厄密量子力学与量子场论、非厄密安德孙模子、敞开量子系统等诸多前沿问题的讨论。与此同期，通过光学势场模拟，不错在执行上终端现在量子力学框架中无法终端的等效PT对称的非厄密哈密顿量，并应用于大截面单模激光器、无缺激光继承器、单向可视结构等中。
以往相关PT对称的执行王人相聚在固体体系，要产生PT对称的哈密顿量，需要复杂的东谈主工材料时刻。一般而言，原子体系的量子态寿命较固体体系长许多，能终端频率分别力很高的精密光谱；何况弱光在原子中的光学势场不错通过另一束强光来构建和调控，因而无需像固体体系那样用微纳加工来终端特定的光学势；另外，近十几年来发展起来的光和原子的谐振相关浪漫时刻，以电磁开垦透明（EIT）为代表，使得光和原子不错在强耦合的情况下还是保合手很好的相关性。若是能在原子体系中终端PT对称，则将大大增多非厄密光学的讨论鸿沟，展现更多真义真义的光学性质，并产生新的光调控技能。
任何事物有其正面，必有其反面，就像物资与反物资相同。算作与PT对称相对偶的一个主张，时间-宇称反对称（PT反对称）的哈密顿量是指在P和T操作之后，哈密顿量表情与本来违抗，多出一个负号。在光学表象上，PT反对称也将呈现与 PT对称十足对偶的脾气，比如在PT对称体系中的无损耗传播，对应到PT反对称体系中即是无折射传播，这为光的浪漫提供了新鲜的主张和时刻技能，大大彭胀了非厄密光学的讨论鸿沟。在此之前，PT反对称性哈密顿量尚未在执行上终端。
值得一提的是白虎 女，这些对称性主张诚然不是阐述注解相应的物理表象所必须的，然则它能从宏不雅上加深东谈主们对物理内容的相识，并匡助东谈主们联想出新式的光学体系以致实用器件。
愚弄原子热指点终端光模式之间的耦合
终端PT大要反PT光学体系的关键步伐是终端不同光模式之间的耦合。在肖艳红课题组的责任之前，国外上还莫得任何执行能终端原子体系中的PT大要反PT对称性。其主要难点在于，在原子体系中终端两个光模式之间的耦澌灭不如在固体中凯旋。固体中是通过波导的隐没波将两个光模式凯旋进行耦合，而原子体系中很难终端雷同的耦合。国表里许多课题组试图在原子体系中师法固体体系的脾气，从而终端PT对称，然则这些尝试王人未见效。在这样的情况下，肖艳红课题组别具肺肠，烧毁了固体体系中的波导耦合模式，而凯旋愚弄原子体系本人的脾气——原子的热指点来构建两个光模式之间的耦合。其基本想想是，原子在一个通谈中庸光发生相互作用后，其量子态将发生改变，该原子通过热指点又参加了另外一个光通谈，与这束光发生相互作用，将之前那束光的信息传达给这束光，从而终端了两个光模式之间的波折耦合，构建出了PT反对称的哈密顿量。
对称破缺、无折射传播、非定域插手与类四波混频
与固体体系中的PT对称执行雷同，肖艳红课题组也不雅测到了体系中最进击的性质：对称破缺即相变表象。在相变前，两个光模式的谐振峰位置十足重合，相变后又相互分开。与固体体系中不同的是，由于原子的量子态寿命较长，因此终端了频率精度在1赫兹级别的相变不雅测。在讨论了以上基本脾气之后，肖课题组还演示了该体系中如下新奇真义真义的光学表象。
比如，一束光在经过不同的介质时，其折射率普通是不相同的。执行中，一束光经过折射率小于1的介质，另一束光经过折射率大于1的介质，它们所感受到的介质折射率是不同的。而构建了PT反对称的哈密顿量将这两种介质放在沿途之后，在体系对称性破缺之前，两束光感受到的折射率均变为1，从而终端了无折射传播，尽管此时两个介质的折射率还是是不相同的。
另外，家喻户晓，在一般的两束光发生插手的执行中，如传统的迈克尔逊插手仪中，两束光在分光之后，终末在空间上必须再使之重合能力不雅测到插手表象。 而本责任中，两束光之间能产生非定域插手，即两束光在空间上最终不重合也能看到插手表象，这是因为原子在“辛劳”传递这两束光之间的相互作用。
再者，传统的PT对称执行王人是两个光模式之间的凯旋耦合，而热原子体系中的耦合是波折的，原子间的自旋波先发生耦合，再把耦合信息传达给光。恰是由于中间多出的这一步，使得一些新颖的光学表象和光浪漫技能成为可能。比如在肖课题组的体系中，只需要改变光的旋性，就能终端总计这个词体系从线性到非线性的调节，终端一种类四波混频的流程，这在一般的体系中是作念不到的。
在反复尝试后找到长进
执行初始于2013年，“最初始是只须一个想法”，据该执行的第一作家，我系的彭鹏先容：“想在原子体系中也终端PT对称，望望结合原子体系的脾气，能发生什么新表象。”
起首的执行决议是愚弄四波混频体系去模拟固体体系，因为四波混频能提供PT对称体系中所需要的增益。执行开展了近半年，领略冉冉，老是不雅测不到想要的表象。经过反复的表面修正、模拟、筹谋和考证，最终意志到现在所用的热原子体系和固体体系内容上耦合款式即是不同的，而愚弄热原子体系的耦合脾气，更便捷终端PT反对称体系（PT对称性在对现在体系进行修改后也能终端）。在相识到PT反对称和PT对称的对偶性之后，执行的总计这个词想法就改变到了这上头。重新联想执行决议之后，领略也不堪利。由于是首创性的责任，莫得前例可循，一切王人只可靠摸索。课题在不时的失败中跌跌撞撞地上前。“最繁难的时候，一周之内聚首发现几个看似致命的问题”，著作的第二作家、博士生曹晚霞提到：“我其时王人有点衰颓了。”肖艳红西宾说：“想想撞击是搞定问题的最灵验技能。为了搞定一个问题，参与课题的同学们和我不时在办公室整天整六合不时商讨。咱们课题组一直倡导平等活跃的学术悔恨，诚笃和学生换取是十足平等的，学生王人勇于质疑和反驳诚笃的看法，提议我方私有的视力。在总计这个词执行的两年间，恰是这些商讨使得咱们在经过一个个‘此路欠亨’的尝试后最终找到了长进。”
肖艳红课题组的讨论想法是原子精密光谱与精密测量，量子光学，量子纠缠和量子噪声浪漫。本项责任感谢来自国度当然科学基金委优秀后生基金， 国度科技部 973探求， 国度要点研发探求“量子调控与量子信息”要点专项，复旦大学应用名义物理国度要点执行室，以及复旦大学微纳光子结构种植部要点执行室等多方的经费复古。