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中国科学家首次观察宇称时间 演化具有巨大挑战(2)

中国科学家首次观察宇称时间 演化具有巨大挑战(2)
2019-06-04 15:41:47 观察者网

    尤其值得指出的是,非厄米哈密顿量所描述的物理体系能够展示出一些新奇的物理性质,因此激发了物理学界强烈的研究兴趣。

    尽管宇称时间对称哈密顿量的概念源于对量子力学框架的拓展,但是通常的量子体系由厄米哈密顿量所描述,从而要在通常的量子体系中实现宇称时间对称哈密顿量的演化具有巨大挑战。

    先前的理论指出引入耗散过程可实现宇称时间对称哈密顿量,然而耗散会不可避免地破坏量子相干性,非常不利于在量子系统中开展相关研究,因此之前绝大部分相关研究为基于经典物理体系开展模拟实验。

    杜江峰研究组提出了一种新理论方案,通过引入一个辅助比特在量子系统中研究由非厄米哈密顿量所支配的演化规律。

    该方法对非厄米哈密顿量本身没有任何限制,包括任何维度及含时演化,均只需要消耗一个辅助比特的代价来实现。

    基于此方案,研究组将金刚石中的一个氮-空位缺陷中的电子自旋用作系统比特,一个核自旋作为辅助比特,实现了宇称时间对称哈密顿量,并观测到宇称时间对称性破缺现象。

    实验结果首次展示了单自旋量子态在宇称时间对称哈密顿量支配下的演化。通过调节哈密顿量的参数,可以清晰地观测到从对称性未破缺到对称性破缺的相变过程(如图所示)。

    实验结果验证了新方案的可行性,为进一步研究非厄米哈密顿量相关的新奇物理性质提供了坚实的基础。

    中国科学家首次观察宇称时间 演化具有巨大挑战

    中国科学家首次观察宇称时间 演化具有巨大挑战

    图:实验观测到宇称时间对称性破缺。A、B分别为宇称时间对称哈密顿量HPT本征能量E的实部和虚部。哈密顿量在其参数0<r<1的区域,宇称时间对称性未破缺,能量本征值为实数;在r>1的区域,宇称时间对称性破缺,能量本征值为虚数;r=1处为相变点。(图来源于《科学》文章正文)

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