更進(jìn)一步！中國科大實(shí)現(xiàn)PT對(duì)稱增強(qiáng)型量子傳感器

1月6日消息（余予）目前，PT對(duì)稱動(dòng)力學(xué)已在多種經(jīng)典系統(tǒng)中被實(shí)現(xiàn)并展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用價(jià)值。而在量子領(lǐng)域，受限于量子系統(tǒng)的操控難度，PT對(duì)稱動(dòng)力學(xué)的多種量子物理性質(zhì)仍缺乏深入的實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用。

那么，“能否在量子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)這些現(xiàn)象和應(yīng)用，尤其是能否利用PT對(duì)稱來增強(qiáng)量子傳感器的靈敏度？”

經(jīng)理論研究表明這是可行的，難點(diǎn)在于構(gòu)建破缺的量子PT對(duì)稱系統(tǒng)。

中國科大研究團(tuán)隊(duì)近日首次實(shí)現(xiàn)PT對(duì)稱增強(qiáng)型量子傳感器，其靈敏度比傳統(tǒng)量子傳感器提高了8.86倍。這一成果向非厄米量子傳感器技術(shù)邁進(jìn)了一大步，也為將有趣的經(jīng)典PT對(duì)稱現(xiàn)象及其應(yīng)用引入量子領(lǐng)域提供了范本。

據(jù)了解，宇稱-時(shí)間（PT）對(duì)稱理論由美國物理學(xué)家Bender等人于2002年為推廣量子力學(xué)提出，并首先在經(jīng)典物理系統(tǒng)中取得了巨大的成功；PT對(duì)稱系統(tǒng)則是一類由滿足宇稱時(shí)間反演不變的動(dòng)力學(xué)哈密頓量所控制的物理系統(tǒng)，并且具有多種新奇的非厄米物理特性，在國際上受到廣泛的研究關(guān)注。

在實(shí)驗(yàn)中，郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、唐建順研究組利用量子開放系統(tǒng)和非厄米量子邏輯門構(gòu)造了一個(gè)弱測量輔助的量子PT對(duì)稱系統(tǒng)，利用弱測量的弱值直接測量包括實(shí)部和虛部在內(nèi)的系統(tǒng)的全部能譜，據(jù)介紹，該系統(tǒng)可以有效地從非對(duì)稱破缺區(qū)域過渡到對(duì)稱破缺區(qū)域?；谶@一系統(tǒng)，研究組首次實(shí)現(xiàn)了PT對(duì)稱增強(qiáng)型量子傳感器，并研究了與提高靈敏度的最佳條件相關(guān)的各種特性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將工作點(diǎn)設(shè)置在PT對(duì)稱系統(tǒng)的破缺奇異點(diǎn)，則這種量子傳感器的靈敏度相較于傳統(tǒng)的量子傳感器提高了8.86倍；其次，通過分別檢測能量劈裂的實(shí)部和虛部，還可以得到擾動(dòng)方向的信息。

（a）宇稱-時(shí)間增強(qiáng)型量子傳感器工作原理圖；（b）實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖（中國科大新聞網(wǎng)）

這一研究成果于2020年12月10日在國際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。審稿人稱，“這是一個(gè)非常有趣且有意義的實(shí)驗(yàn)，對(duì)非厄米物理和宇稱-時(shí)間對(duì)稱性領(lǐng)域有著非常大的影響”；“這是一個(gè)重大的進(jìn)步，因?yàn)檫@個(gè)工作證實(shí)了一個(gè)運(yùn)行在奇異點(diǎn)的真正的量子傳感器是可以實(shí)現(xiàn)的。這肯定具有廣泛興趣”。

文章的第一作者是中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的俞上博士和博士研究生孟雨。該工作得到了科技部、國家基金委、中國科學(xué)院、安徽省、博士后科學(xué)基金的資助。

論文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.240506

附：PT對(duì)稱系統(tǒng)與常見的厄米系統(tǒng)相比有其自有特點(diǎn)：

·PT對(duì)稱系統(tǒng)同樣具有實(shí)數(shù)本征能譜，其中能夠存在穩(wěn)定的本征動(dòng)力學(xué)模式；

·PT對(duì)稱系統(tǒng)中的本征動(dòng)力學(xué)模式具有特殊的非正交性質(zhì)，且系統(tǒng)能帶在奇異點(diǎn)（exceptional point）附近具有獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

生成海報(bào)

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站內(nèi)容主要來自原創(chuàng)、合作伙伴供稿和第三方自媒體作者投稿，凡在本網(wǎng)站出現(xiàn)的信息，均僅供參考。本網(wǎng)站將盡力確保所提供信息的準(zhǔn)確性及可靠性，但不保證有關(guān)資料的準(zhǔn)確性及可靠性，讀者在使用前請(qǐng)進(jìn)一步核實(shí)，并對(duì)任何自主決定的行為負(fù)責(zé)。本網(wǎng)站對(duì)有關(guān)資料所引致的錯(cuò)誤、不確或遺漏，概不負(fù)任何法律責(zé)任。任何單位或個(gè)人認(rèn)為本網(wǎng)站中的網(wǎng)頁或鏈接內(nèi)容可能涉嫌侵犯其知識(shí)產(chǎn)權(quán)或存在不實(shí)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)及時(shí)向本網(wǎng)站提出書面權(quán)利通知或不實(shí)情況說明，并提供身份證明、權(quán)屬證明及詳細(xì)侵權(quán)或不實(shí)情況證明。本網(wǎng)站在收到上述法律文件后，將會(huì)依法盡快聯(lián)系相關(guān)文章源頭核實(shí)，溝通刪除相關(guān)內(nèi)容或斷開相關(guān)鏈接。