【產(chǎn)通社，5月30日訊】華中科技大學(xué)（Huazhong University of Science & Technology, HUST）官網(wǎng)消息，物理學(xué)權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）近日在線刊發(fā)物理學(xué)院呂新友教授課題組在拓?fù)淞孔庸鈱W(xué)基礎(chǔ)理論方面的最新研究進(jìn)展，文章題為“Quantum-Squeezing-Induced Point-Gap Topology and Skin Effect”。博士后萬亮亮為論文第一作者，呂新友為通訊作者。

拓?fù)湮飸B(tài)的概念因其深刻的物理意義和廣闊的應(yīng)用前景已經(jīng)輻射到多個(gè)研究領(lǐng)域。特別是，越來越多的人關(guān)注到非厄米系統(tǒng)中存在著與眾不同的拓?fù)洮F(xiàn)象。在諸多研究之中，最令人感興趣的之一莫過于全體體態(tài)均局域到系統(tǒng)邊緣的非厄米趨膚效應(yīng)。伴隨著體-邊對(duì)應(yīng)原理的失效，它本質(zhì)上來源于系統(tǒng)能量圍繞復(fù)平面某點(diǎn)的繞數(shù)非零的點(diǎn)能隙拓?fù)洹?BR>
另一方面，作為一種重要的量子信息資源，玻色場(chǎng)的壓縮已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸如實(shí)現(xiàn)光-物質(zhì)相互作用的增強(qiáng)以及誘導(dǎo)玻色系統(tǒng)邊緣態(tài)的非穩(wěn)定性等研究。由于非穩(wěn)定性源于復(fù)數(shù)能量，學(xué)界普遍認(rèn)為二次型玻色系統(tǒng)（quadratic-bosonic system, 簡(jiǎn)稱：QBS）隸屬于非厄米物理框架。就非厄米系統(tǒng)而言，前人建立了38重拓?fù)浞诸惪蚣�，并預(yù)言一維QBS關(guān)于零能點(diǎn)的拓?fù)淇偸瞧椒驳�。然而，研究表明，一維玻色Kitaev鏈實(shí)際上存在著點(diǎn)能隙拓?fù)湫?yīng)，如端口到端口的輸運(yùn)放大和Majorana零模玻色類似物等現(xiàn)象。這就意味著理論框架和實(shí)際例證之間存在著無法兼容的矛盾，反映了QBS的點(diǎn)能隙拓?fù)浔举|(zhì)尚存疑點(diǎn)。

課題組通過引入額外對(duì)稱性，首次揭示一維厄米QBS的點(diǎn)能隙拓?fù)淦鹪础獙?duì)稱性豐富拓?fù)浞诸悾黄屏松鲜鲢Ｕ�，并發(fā)現(xiàn)了對(duì)稱保護(hù)的Z2趨膚效應(yīng)。具體來說，研究課題組提出了一個(gè)QBS模型，在周期性邊界條件下，考慮雙模壓縮相互作用，系統(tǒng)能譜在復(fù)平面上呈現(xiàn)封閉環(huán)形。重要的是，壓縮相互作用的參與引入了非常規(guī)的時(shí)間反演對(duì)稱性，它保護(hù)著一種類似于自旋Hall絕緣體中的Z2拓?fù)湎�。根�?jù)點(diǎn)能隙拓?fù)涞捏w-邊對(duì)應(yīng)原理，在開放邊界條件下，得益于廣義Kramers簡(jiǎn)并定理，該QBS模型將呈現(xiàn)出對(duì)稱保護(hù)的Z2趨膚效應(yīng)。

當(dāng)增強(qiáng)壓縮相互作用使得零能點(diǎn)能隙開放，該模型將處于實(shí)、點(diǎn)能隙共存拓?fù)湎�。在這一常規(guī)體-邊對(duì)應(yīng)原理失效的拓?fù)湎嘀校芯空n題組通過引入壓縮變換，完美地重建了拓?fù)鋽?shù)與邊緣態(tài)之間的對(duì)應(yīng)，并且發(fā)現(xiàn)趨膚效應(yīng)抑制零模出現(xiàn)的現(xiàn)象。進(jìn)一步地，研究課題組還提出了QBS的零能微擾標(biāo)度，充分刻畫了系統(tǒng)尺度越大，趨膚效應(yīng)對(duì)微擾越敏感的這一量子臨界現(xiàn)象。此外，這些效應(yīng)均可通過零能量（頻率）穩(wěn)態(tài)功率譜密度來辨識(shí)。

這一研究進(jìn)展解決了當(dāng)前QBS點(diǎn)能隙拓?fù)淦鹪吹膯栴}，建立了量子糾纏和點(diǎn)能隙拓?fù)渲g的關(guān)系，并預(yù)言了實(shí)、點(diǎn)能隙共存拓?fù)湎嗟拇嬖�，豐富了非Bloch拓?fù)湮锢淼南嚓P(guān)研究，為后續(xù)尋找新穎的拓?fù)洮F(xiàn)象提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。其次，它為結(jié)合非線性和非厄米拓?fù)涮峁┝送昝览�，將激�?lì)非線性拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。最后，基于對(duì)稱保護(hù)的趨膚效應(yīng)，它還為實(shí)現(xiàn)超高靈敏度的量子傳感器開辟了新的路徑。

該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目和科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站http://news.hust.edu.cn/info/1003/48832.htm，以及https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.203605。（張嘉汐，產(chǎn)通發(fā)布）    （完）