福州大學研究團隊在非厄米量子力學領域取得新進展

記者近日從福州大學獲悉，該校物理與信息工程學院教授鄭仕標課題組發現，非厄米復合量子系統在奇異點能夠呈現出糾纏相變。相關成果于2023年12月29日發表在國際刊物《物理評論快報》上。審稿專家認為，這一發現是非厄米量子系統糾纏性質研究領域的一個里程碑。

鄭仕標介紹，開放量子系統區別于孤立系統最顯著的特征，是對應的非厄米哈密頓量允許奇異點的存在，在該點哈密頓量的本征能和本征態均融合。近20年來，人們在理論上預測并實驗驗證了奇異點導致的各種非厄米現象。但是，這些現象都可能在量子系統和經典系統中出現。這導致了一個懸而未決的根本性問題：什么樣的非厄米現象能夠完全背離經典物理？

該團隊研究發現，非厄米光子—量子比特相互作用系統在奇異點能夠呈現出量子糾纏的突變現象。一方面，糾纏是純量子力學效應，沒有對應的經典概念；另一方面，該糾纏相變是非厄米系統所特有的奇異點效應。因此，他們所發現的現象回答了上述根本問題。同時，該團隊在電路量子電動力學系統中實現了量子比特與具有耗散的微波諧振器的可控耦合，并在此基礎上觀測到了奇異糾纏相變。

實驗結果表明，當量子比特與諧振器的微波光子的耦合系數小于耗散系數的四分之一（奇異點）時，系統本征態的糾纏度與耦合系數成正比。當耦合系數達到這個臨界值時，糾纏度突然停止變化，其變化率從一個大于零的常數跳躍到0，驗證了理論預測。

由于在奇異點附近，非厄米系統的性質對控制參量的變化很敏感，奇異點效應有助于實現高靈敏度傳感。迄今為止所報道的奇異點增強的傳感都局限于經典系統，該研究所提出的方法有望用于量子系統參量的高靈敏度測量。（記者 謝開飛 通訊員 許曉鳳）