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来自研究机构

从损失中获得量子控制的新方法

日期:
2022年1月24日
来源:
香港科技大学
简介:
研究人员展示了一种通过粒子损失来控制量子态的新方法——这一过程在量子器件中通常是避免的,为实现前所未有的量子态提供了一种新方法。
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香港科技大学(科大)的研究人员展示了一种通过粒子损失来控制量子态的新方法——这一过程在量子器件中通常是避免的为实现前所未有的量子态提供了新的途径。

操纵量子系统需要对量子态进行微妙的控制,不需要任何不完美操作,否则量子态中编码的有用信息就会被打乱。最常见的有害过程之一是组成系统的粒子的损失。这个问题长期以来一直被视为量子控制的敌人,并通过系统的隔离来避免。但现在,香港科技大学的研究人员发现了一种方法,可以从原子量子系统的损失中获得量子控制。

这项发现最近发表在自然物理

该研究的首席研究员、香港科技大学物理学副教授JO Gyu-Boong教授表示,研究结果表明,损失是量子控制的潜在旋钮。

赵教授表示:“教科书告诉我们,在量子力学中,感兴趣的系统与环境隔离,不会遭受粒子损失。”“然而,一个开放的系统——从经典系统到量子系统,无处不在。这种开放系统,被非厄米物理有效地描述,表现出各种在厄米系统中无法观察到的反直觉现象。”

具有损耗的非厄米物理的概念在经典系统中得到了积极的研究,但这种反直觉的现象直到最近才在真正的量子系统中实现和观察到。在这项研究中,香港科技大学的研究人员调整了系统的参数,使它们在一个特殊点(也称为非厄米系统中的异常点)周围扫出一个闭环。人们发现环路的方向(即顺时针还是逆时针)决定了最终的量子态。

科大物理学教授李延森(Jensen LI)是该研究小组的另一位负责人,他说:“这种围绕特殊点转移的定向量子态的手性行为可以成为量子控制的重要组成部分。”我们正处于控制非厄米量子系统的起点。”

这些发现的另一个含义是两种看似无关的机制:非厄米物理(由损失引起)和自旋轨道耦合如何相互作用。自旋轨道耦合(SOC)是诸如拓扑绝缘体等有趣量子现象背后的基本机制,拓扑绝缘体在其内部表现为绝缘体,但其表面流动电子表现为导体。

尽管在非厄米物理方面取得了重大进展,但SOC机制只在厄米系统中得到了广泛的研究,而在自旋轨道耦合量子系统中损耗所起的主要作用的实验研究则少得多。更好地理解这种非厄密SOC对于新材料的发展至关重要,但在凝聚态物理领域仍然难以捉摸。

然而,在这项工作中,研究人员首次实现了超冷原子的耗散自旋轨道耦合系统,充分表征了其量子态,并展示了非厄米物理背景下的手性量子控制。这一发现为未来探索非厄米体制下的自旋轨道耦合物理奠定了基础,并突出了非厄米量子系统在实现、表征和利用损耗和SOC两种基本机制方面的卓越能力,为在具有超冷原子的高度可控量子模拟器中精确模拟这种竞争机制提供了一种新方法。

这项研究由香港研究资助局、裘槎基金会及Harilela基金会资助。

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故事来源:

材料所提供的香港科技大学注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. 任泽建,刘东,赵恩通,何承东,朴家钧,李延森,赵圭邦。非厄米自旋轨道耦合费米子量子态的手性控制自然物理, 2022;DOI:10.1038 / s41567 - 021 - 01491 - x

引用此页

香港科技大学。“从损失中获得量子控制的新方法。”《科学日报》。科学日报,2022年1月24日。< www.koonmotors.com/releases/2022/01/220124115053.htm >。
香港科技大学。(2022年1月24日)。从损失中获得量子控制的新方法。《科学日报》。2023年6月15日检索自www.koonmotors.com/releases/2022/01/220124115053.htm
香港科技大学。“从损失中获得量子控制的新方法。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2022/01/220124115053.htm(2023年6月15日访问)。

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