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物理学家利用空间和时间对称性来控制量子材料

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前瞻网

2022-01-24 16:32

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来自埃克塞特(Exeter)和特隆赫姆(Trondheim)的物理学家开发了一种理论,描述了如何利用空间反射和时间反转对称性,从而可以更好地控制量子材料内的传输和关联性。

英国埃克塞特大学和挪威科技大学(位于挪威特隆赫姆)的两位理论物理学家建立了一个量子理论,描述了满足空间反射和时间逆转对称性的量子谐振器链。他们展示了这种链的不同量子阶段是如何与显著的现象联系在一起的,这可能对未来依赖强关联的量子设备设计很有帮助。

物理学中一个常见的区别是开放系统和封闭系统区别。封闭系统是与任何外部环境隔离的,这样能量是守恒的,因为它无处可逃。开放系统是与外部世界相连,通过与环境的交换,它们会受到能量增益和能量损失的影响。

还有一个重要的第三种情况。当流入和流出系统的能量达到微妙的平衡时,就会出现一种介于开放和封闭之间的情况。当系统遵守空间和时间的综合对称性时,这种平衡就会出现,也就是说,当(1)左右切换和(2)翻转时间箭头时,系统基本上没有变化。

在最新研究中,团队讨论了满足空间反射和时间反转对称的量子链谐振器的阶段。主要有两个感兴趣的阶段,一个琐碎的阶段(伴随着直观的物理学)和一个非琐碎的阶段(标志着惊人的物理学)。

这两个阶段之间的边界由一个例外点标记。研究人员发现了具有任意数量谐振器链条的这些例外点的位置,为遵守这些对称性的量子系统扩展提供了洞察力。重要的是,非线性阶段允许非常规的传输效应和强量子关联,这可能被用来控制光在纳米长度尺度的行为和传播。

这项理论研究可能有助于在低维量子材料中生成、操纵和控制光,以建立以光为基础的设备,利用光子(光的粒子)作为工作母机,其大小约为十亿分之一米。

研究人员表示,他们在开放量子系统中的奇偶性-时间对称性方面的工作进一步强调了对称性是如何支撑人们对物理世界的理解,以及人们如何从中受益。

研究人员希望关于奇偶性-时间对称性的理论工作,能够激发这一物理学领域的进一步实验研究。

题为Exceptional points in oligomer chains的相关研究论文发表在《通讯-物理学》(Communications Physics)上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文:

https://www.nature.com/articles/s42005-021-00757-3

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