1 帕斯卡研究所,PHOTON-N2,克莱蒙奥弗涅大学,法国国家科研中心,SIGMA Clermont,F-63000 克莱蒙费朗,法国。 2 法国大学研究所(IUF),F-75231 巴黎,法国 3 伍尔弗汉普顿大学科学与工程学院,Wulfruna St,伍尔弗汉普顿 WV1 1LY,英国 4 首都师范大学化学系,北京市光学材料与光子器件重点实验室,北京 100048,中国 5 天津市分子光电子科学重点实验室,天津大学理学院化学系,天津化学科学与工程协同创新中心,天津 300072,中国 6 西安交通大学电子信息工程学院,物理电子学与器件教育部重点实验室、陕西省信息光子技术重点实验室,西安 710049,中国
非厄米趋肤效应 (NHSE) 是非平衡系统中一种令人着迷的现象,其中本征态大量局限于系统边界,将系统中加载的(准)粒子单向泵送到边界。最近,它与多体效应的相互作用得到了广泛的探索,并且已经证明粒子间排斥或费米简并压力会限制 NHSE 在其本征解和动力学中引起的边界积累。然而,在这项工作中,我们发现任意子统计数据可以更深远地影响 NHSE 动力学,抑制甚至逆转状态动力学朝着 NHSE 的局部方向。当涉及更多粒子时,这种现象更加明显。该系统中量子信息的传播显示出更加奇特的现象,其中 NHSE 仅影响热集合的信息动力学,而不会影响单个初始状态。我们的研究结果为探索由 NHSE 与任意子统计之间的相互作用引起的新型非厄米现象开辟了一条新途径,并有可能在超冷原子量子模拟器和量子计算机中得到证明。
量子纠缠不仅对于理解厄米多体系统起着至关重要的作用,而且对于非厄米量子系统的研究也具有重要的意义。在本文中,我们利用双正交基中的微扰理论,解析地研究了非厄米自旋梯的纠缠哈密顿量和纠缠能谱。具体来说,我们研究了耦合的非厄米量子自旋链之间的纠缠特性。在强耦合极限(J rung ≫ 1)下,一阶微扰理论表明,纠缠哈密顿量与具有重整化耦合强度的单链哈密顿量非常相似,从而可以定义一个临时温度。我们的研究结果为非厄米系统中的量子纠缠提供了新的见解,并为开发研究非厄米量子多体系统中有限温度特性的新方法奠定了基础。
我们回顾了从理论上处理宇称时间 (PT) 对称非厄米量子多体系统的方法。它们被实现为具有 PT 对称性并与环境相容的耦合的开放量子系统。PT 对称非厄米量子系统表现出各种迷人的特性,使它们在一般的开放系统中脱颖而出。后者的研究在量子理论中有着悠久的历史。这些研究基于组合系统-储层装置的厄米性,由原子、分子和光学物理学以及凝聚态物理学界开发。数学物理学界对 PT 对称非厄米系统的兴趣导致了新的视角和 PT 对称和双正交量子力学优雅数学形式主义的发展,这些形式主义不涉及环境。在数学物理研究中,重点主要放在哈密顿量的显着光谱特性和相应单粒子本征态的特征上。尽管哈密顿量不是厄米量的,但它们可以显示所有特征值都是实数的参数区域。然而,为了研究凝聚态物理中出现的量子多体现象并与实验取得联系,人们需要研究可观测量和关联函数的期望值。此外,人们必须研究统计集合而不仅仅是特征态。凝聚态界部分人士采用 PT 对称和双正交量子力学的概念,导致该方法论处于争议之中。对于一些基本问题,例如,什么是适当的可观测量,如何计算期望值,什么是充分的平衡统计集合及其相应的密度矩阵,人们并没有达成共识。随着工程和控制开放量子多体系统的技术进步,现在是时候将厄米量与 PT 对称和双正交观点相协调了。我们全面回顾了不同的方法,包括伪厄米性的过度思想。为了激发我们在这里宣传的厄米观点,我们主要关注辅助方法。它允许将非厄米系统嵌入到更大的厄米系统中。与其他技术(例如主方程)相比,它不依赖于任何近似值。我们讨论了 PT 对称和双正交量子力学的特性。在这些中,被认为是可观测量的东西取决于哈密顿量或选定的(双正交)基。此外,至关重要的是,被称为“期望值”的东西缺乏直接的概率解释,而被视为正则密度矩阵的东西是非平稳和非厄米的。此外,时间演化的非幺正性隐藏在形式主义中。我们选取了几个模型哈密顿量,到目前为止,这些模型要么是从厄米角度研究的,要么是从 PT 对称和双正交角度研究的,并在各自的替代框架内研究它们。这包括一个简单的两级单粒子问题,但也包括显示量子临界行为的多体晶格模型。比较这两种计算的结果,可以发现厄米方法虽然在某些方面很笨拙,但总能得出物理上合理的结果。在极少数情况下,如果可以与实验数据进行比较,它们还会一致。相比之下,数学上优雅的 PT 对称和双正交方法得出的结果在一定程度上难以物理解释。因此,我们得出结论,厄米方法应该是
我们展示了三种类型的变换,它们在临界状态下建立了厄米和非厄米量子系统之间的联系,可以用共形场论 (CFT) 来描述。对于同时保留能量和纠缠谱的变换,从纠缠熵的对数缩放中获得的相应中心电荷对于厄米和非厄米系统都是相同的。第二种变换虽然保留了能量谱,但不保留纠缠谱。这导致两种类型的系统具有不同的纠缠熵缩放,并导致不同的中心电荷。我们使用应用于自由费米子情况的膨胀方法来展示这种变换。通过这种方法,我们证明了中心电荷为c = −4的非厄米系统可以映射到中心电荷为c = 2的厄米系统。最后,我们研究了参数为φ →− 1 /φ的斐波那契模型中的伽罗瓦共轭,其中变换既不保持能量谱也不保持纠缠谱。我们从纠缠熵的标度特性证明了斐波那契模型及其伽罗瓦共轭与三临界Ising模型/三态Potts模型和具有负中心电荷的Lee-Yang模型相关联。
光子非厄米系统中的拓扑效应近期引发了一系列非凡的发现,包括非互易激光、拓扑绝缘体激光器和拓扑超材料等等。这些效应虽然在非厄米系统中实现,但都源于其厄米分量。本文,我们通过实验证明了由二维激光阵列中的虚规范场引起的拓扑趋肤效应和边界敏感性,这与任何厄米拓扑效应有着根本的不同,并且是开放系统所固有的。通过选择性地和非对称地向系统中注入增益,我们在芯片上合成了一个虚规范场,它可以根据需要灵活地重新配置。我们不仅证明了非厄米拓扑特征在非线性非平衡系统中保持不变,而且还证明了可以利用它们来实现强度变形的持久相位锁定。我们的工作为具有强大可扩展性的动态可重构片上相干系统奠定了基础,对于构建具有任意强度分布的高亮度源具有吸引力。
我们用数值方法研究了具有 PT 对称势的耦合踢动转子中的量子输运。我们发现当复势虚部幅度超过阈值时,波函数会发生自发的 PT 对称性破缺,而耦合强度可以有效调节该阈值。在 PT 对称性破缺状态下,由周期性踢动驱动的粒子在动量空间中单向运动,标志着定向电流的出现。同时,随着耦合强度的增加,我们发现从弹道能量扩散转变为一种改进的弹道能量扩散,其中波包的宽度也随时间呈幂律增加。我们的研究结果表明,由粒子间耦合和非厄米驱动势相互作用引起的退相干效应是造成这些特殊输运行为的原因。
摘要:近年来,非厄米量子物理在量子光学和凝聚态物理领域获得了极大的欢迎,用于对具有不同对称性的量子系统进行建模。在本文中,我们确定了一个非标准内积,它意味着局部电场和磁场可观测量的玻色子交换子关系,并导致对量化电磁场的自然局部双正交描述。当将此描述与另一种局部厄米描述进行比较时,我们发现这两种方法之间存在等价性,在另一种局部厄米描述中,局部光子粒子的状态,即所谓的位置局部化的玻色子(光点),在传统的厄米内积下是正交的。需要仔细考虑不同描述的物理解释。厄米方法或非厄米方法是否更合适取决于我们想要建模的情况。
耗散在自然界中普遍存在;例如原子核的放射性衰变和吸收介质中的波传播,耗散是这些系统与不同环境自由度耦合的结果。这些耗散系统可以用有效非厄米汉密尔顿量进行现象学描述,其中引入非厄米项来解释耗散。非厄米性导致复杂的能谱,其虚部量化系统中粒子或能量的损失。非厄米汉密尔顿量的简并性称为异常点 (EP),其中特征值和相关的特征态合并 [1,2]。 EP的存在已在许多经典系统中得到证明[3-11],并应用于激光模式管理[12-14]、增强传感[15-20]和拓扑模式传输[21-24]。
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