中國金宝搏入口188實驗展示宇稱對稱性保護的量子現象
188bet足球自旋(xuan)磁(ci)共(gong)振實(shi)驗(yan)室林毅恒教授等人(ren)與理論合(he)作者(zhe)華(hua)中(zhong)科技大(da)學教授呂(lv)新友、四川(chuan)大(da)學特聘副研究(jiu)員賓倩合(he)作，在(zai)量子(zi)(zi)模擬方面取得(de)重要(yao)進展(zhan)。研究(jiu)團隊(dui)基于(yu)束縛離子(zi)(zi)體系(xi)，實(shi)驗(yan)展(zhan)示了量子(zi)(zi)拉比模型中(zhong)宇稱對(dui)稱性(xing)保護的量子(zi)(zi)現象(xiang)。該項研究(jiu)揭示了對(dui)稱性(xing)對(dui)量子(zi)(zi)系(xi)統的重要(yao)影響，同時(shi)也為(wei)基于(yu)對(dui)稱性(xing)保護的量子(zi)(zi)器件提(ti)供了新的設計思路。該研究(jiu)結果于(yu)5月16日以(yi)“Experimental Observation of Parity-Symmetry-Protected Phenomena in the Quantum Rabi Model with a Trapped Ion”為(wei)題，發(fa)表(biao)在(zai)《物理評論快報》上(shang)。
對(dui)稱性(xing)(xing)是物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)的(de)(de)核心概(gai)念之一(yi)，不僅(jin)構(gou)筑了諸多(duo)理(li)論體系(xi)的(de)(de)基(ji)礎(chu)，也在基(ji)礎(chu)研究(jiu)與實(shi)際(ji)應用(yong)之間(jian)架起橋梁(liang)。從(cong)氫原子(zi)光(guang)譜的(de)(de)精細結構(gou)解析，到(dao)量子(zi)相(xiang)(xiang)變、拓撲物(wu)態分類等(deng)前(qian)沿問題的(de)(de)研究(jiu)，對(dui)稱性(xing)(xing)始終貫穿(chuan)于(yu)物(wu)理(li)學(xue)(xue)(xue)發展的(de)(de)各個(ge)層面。作為描述光(guang)與物(wu)質相(xiang)(xiang)互作用(yong)的(de)(de)經典模型(xing)之一(yi)，量子(zi)拉比模型(xing)因其宇稱對(dui)稱性(xing)(xing)，使系(xi)統的(de)(de)動(dong)力學(xue)(xue)(xue)嚴格限(xian)制在守恒(heng)宇稱的(de)(de)子(zi)空(kong)間(jian)中。該模型(xing)在量子(zi)光(guang)學(xue)(xue)(xue)、量子(zi)相(xiang)(xiang)變、臨界動(dong)力學(xue)(xue)(xue)以及(ji)量子(zi)器件設計中具(ju)有(you)廣泛應用(yong)。盡管理(li)論研究(jiu)已預測宇稱對(dui)稱性(xing)(xing)的(de)(de)變化(hua)會顯著影響系(xi)統行為，然(ran)而如何構(gou)建參數大范圍可(ke)調的(de)(de)實(shi)驗系(xi)統并觀察(cha)與對(dui)稱性(xing)(xing)緊密相(xiang)(xiang)關的(de)(de)現象是亟(ji)待研究(jiu)的(de)(de)熱點。
在(zai)本論文(wen)中(zhong)，研究(jiu)人員基(ji)于束縛離子(zi)體系(xi)中(zhong)的(de)自(zi)旋-聲(sheng)子(zi)耦(ou)合系(xi)統(tong)，實(shi)驗(yan)模擬了一個(ge)高度可(ke)控的(de)擴(kuo)展量(liang)子(zi)拉比模型，實(shi)現(xian)了超(chao)強耦(ou)合區與深強耦(ou)合區的(de)精(jing)確調控。一方面(mian)，提(ti)出并實(shi)現(xian)了一種直接探(tan)(tan)測(ce)系(xi)統(tong)對(dui)(dui)稱(cheng)(cheng)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)方法。實(shi)驗(yan)發現(xian)，在(zai)保持宇稱(cheng)(cheng)對(dui)(dui)稱(cheng)(cheng)性(xing)(xing)(xing)(xing)時(shi)，系(xi)統(tong)中(zhong)出現(xian)奇(qi)數階邊帶(dai)躍遷禁戒(jie)現(xian)象；而破缺對(dui)(dui)稱(cheng)(cheng)性(xing)(xing)(xing)(xing)后，該(gai)禁戒(jie)特性(xing)(xing)(xing)(xing)消(xiao)失。該(gai)方法不僅有效覆蓋超(chao)強至深強耦(ou)合區，也可(ke)推廣至其他物(wu)理平臺(tai)；另一方面(mian)，實(shi)驗(yan)還觀察到(dao)系(xi)統(tong)基(ji)態的(de)糾纏和量(liang)子(zi)疊(die)加(jia)等現(xian)象與系(xi)統(tong)宇稱(cheng)(cheng)對(dui)(dui)稱(cheng)(cheng)性(xing)(xing)(xing)(xing)之間的(de)重要關聯(lian)。此外，在(zai)深強耦(ou)合區，當參(can)數跨越對(dui)(dui)稱(cheng)(cheng)性(xing)(xing)(xing)(xing)轉(zhuan)變臨界(jie)點時(shi)，自(zi)旋的(de)馮·諾依曼(man)熵與聲(sheng)子(zi)的(de)維格納函(han)數均表(biao)現(xian)出顯著的(de)響(xiang)應（如圖所示(shi)），這一特性(xing)(xing)(xing)(xing)在(zai)量(liang)子(zi)精(jing)密測(ce)量(liang)和比特相干性(xing)(xing)(xing)(xing)研究(jiu)等方面(mian)具(ju)有潛在(zai)應用價值。這些研究(jiu)為探(tan)(tan)索(suo)對(dui)(dui)稱(cheng)(cheng)性(xing)(xing)(xing)(xing)調控的(de)量(liang)子(zi)現(xian)象及其在(zai)高精(jing)度量(liang)子(zi)技術中(zhong)的(de)應用開辟了新途徑。
圖：自旋的馮·諾依曼熵(shang)隨著(zhu)對(dui)稱性(xing)控(kong)制參數θ以(yi)及耦(ou)合強度λ的變化(hua)關系
研究(jiu)中使用(yong)的束縛離子(zi)實驗(yan)(yan)(yan)系統為開展(zhan)量子(zi)模擬(ni)和量子(zi)計(ji)算實驗(yan)(yan)(yan)研究(jiu)提供了有力支撐。基于9Be+和40Ca+實驗(yan)(yan)(yan)平(ping)臺，研究(jiu)組還(huan)完成(cheng)了多項(xiang)重(zhong)要的量子(zi)模擬(ni)研究(jiu)工作，這些(xie)工作的研究(jiu)主題包括(kuo)拓撲相變[Phys. Rev. Lett. 129, 250501 (2022)]，量子(zi)熱機[arXiv:2404.15075]，高(gao)階奇異點[arXiv:2412.09776]，量子(zi)同步現象[arXiv:2504.00751]等。
188bet足球博士研(yan)究(jiu)生趙興宇和四川大學(xue)(xue)物理學(xue)(xue)院特聘副研(yan)究(jiu)員賓(bin)倩為該論文共同(tong)第一作者，林毅恒、呂新友(you)為共同(tong)通訊(xun)作者。該研(yan)究(jiu)得(de)到(dao)國家自然科(ke)學(xue)(xue)基金(jin)、科(ke)技(ji)部等支(zhi)持(chi)。
論文鏈接：//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.193604
（物(wu)理學院、科研部(bu)）
