山西大學(xué)：開啟非厄米量子光學(xué)的研究大門

科學(xué)導(dǎo)報訊 記者楊洋 10月20日，記者從山西大學(xué)激光光譜研究所獲悉，該所胡穎教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)理論物理研究所石弢教授合作，在探索非厄米量子效應(yīng)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。

孤立量子系統(tǒng)是一種理想化的場景。真實(shí)的量子系統(tǒng)會與環(huán)境（即“熱庫”）發(fā)生耦合，產(chǎn)生耗散。耗散通常會破壞量子性。然而，通過設(shè)計熱庫以及系統(tǒng)與熱庫的耦合方式，可以操控系統(tǒng)的演化及其屬性，實(shí)現(xiàn)孤立量子系統(tǒng)所沒有的奇異現(xiàn)象。研究團(tuán)隊(duì)展示了如何通過編輯非厄米（耗散）誘導(dǎo)出沒有經(jīng)典對應(yīng)的新奇量子效應(yīng)。團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了一套理論框架來系統(tǒng)地研究此類問題。

團(tuán)隊(duì)研究了嵌入某種新型熱庫中的原子（或人工原子）的行為。這種熱庫與它自身的環(huán)境發(fā)生耦合，具有耗散。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控這種開放熱庫，能夠?qū)υ赢a(chǎn)生前所未有的影響。比如，當(dāng)熱庫發(fā)生強(qiáng)烈耗散時，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)原子的自發(fā)輻射會以一種奇特的方式被壓制，產(chǎn)生分?jǐn)?shù)量子芝諾效應(yīng)。這是傳統(tǒng)熱庫所無法實(shí)現(xiàn)的。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了由分?jǐn)?shù)量子芝諾效應(yīng)誘導(dǎo)的光子反聚束。光子本性喜歡聚集，而光子反聚束指的是光子違反其本性、避免聚集的一種現(xiàn)象，是量子世界所獨(dú)有的神奇效應(yīng)。光子反聚束通常需要強(qiáng)非線性才能實(shí)現(xiàn)。然而，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在耗散驅(qū)動下，即使在微弱的非線性下，也能誘導(dǎo)出光子反聚束。

研究團(tuán)隊(duì)的理論研究為非厄米量子光學(xué)打開了大門，為實(shí)現(xiàn)有趣的量子非厄米多體效應(yīng)以及量子非厄米應(yīng)用開辟了路徑。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目的資助。