福州大學(xué)研究團(tuán)隊在非厄米量子力學(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)表在國際刊物《物理評論快報》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)域的一個里程碑。

鄭仕標(biāo)介紹，開放量子系統(tǒng)區(qū)別于孤立系統(tǒng)最顯著的特征，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20年來，人們在理論上預(yù)測并實驗驗證了奇異點(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？

該團(tuán)隊研究發(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，他們所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象回答了上述根本問題。同時，該團(tuán)隊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)的四分之一（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。

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)有助于實現(xiàn)高靈敏度傳感。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)，該研究所提出的方法有望用于量子系統(tǒng)參量的高靈敏度測量。（記者 謝開飛 通訊員 許曉鳳）