物理學(xué)家利用空間和時間對稱性來控制量子材料

來自埃克塞特（Exeter）和特隆赫姆（Trondheim）的物理學(xué)家開發(fā)了一種理論，描述了如何利用空間反射和時間反轉(zhuǎn)對稱性，從而可以更好地控制量子材料內(nèi)的傳輸和關(guān)聯(lián)性。

英國埃克塞特大學(xué)和挪威科技大學(xué)（位于挪威特隆赫姆）的兩位理論物理學(xué)家建立了一個量子理論，描述了滿足空間反射和時間逆轉(zhuǎn)對稱性的量子諧振器鏈。他們展示了這種鏈的不同量子階段是如何與顯著的現(xiàn)象聯(lián)系在一起的，這可能對未來依賴強關(guān)聯(lián)的量子設(shè)備設(shè)計很有幫助。

物理學(xué)中一個常見的區(qū)別是開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)區(qū)別。封閉系統(tǒng)是與任何外部環(huán)境隔離的，這樣能量是守恒的，因為它無處可逃。開放系統(tǒng)是與外部世界相連，通過與環(huán)境的交換，它們會受到能量增益和能量損失的影響。

還有一個重要的第三種情況。當流入和流出系統(tǒng)的能量達到微妙的平衡時，就會出現(xiàn)一種介于開放和封閉之間的情況。當系統(tǒng)遵守空間和時間的綜合對稱性時，這種平衡就會出現(xiàn)，也就是說，當（1）左右切換和（2）翻轉(zhuǎn)時間箭頭時，系統(tǒng)基本上沒有變化。

在最新研究中，團隊討論了滿足空間反射和時間反轉(zhuǎn)對稱的量子鏈諧振器的階段。主要有兩個感興趣的階段，一個瑣碎的階段（伴隨著直觀的物理學(xué)）和一個非瑣碎的階段（標志著驚人的物理學(xué)）。

這兩個階段之間的邊界由一個例外點標記。研究人員發(fā)現(xiàn)了具有任意數(shù)量諧振器鏈條的這些例外點的位置，為遵守這些對稱性的量子系統(tǒng)擴展提供了洞察力。重要的是，非線性階段允許非常規(guī)的傳輸效應(yīng)和強量子關(guān)聯(lián)，這可能被用來控制光在納米長度尺度的行為和傳播。

這項理論研究可能有助于在低維量子材料中生成、操縱和控制光，以建立以光為基礎(chǔ)的設(shè)備，利用光子（光的粒子）作為工作母機，其大小約為十億分之一米。

研究人員表示，他們在開放量子系統(tǒng)中的奇偶性-時間對稱性方面的工作進一步強調(diào)了對稱性是如何支撐人們對物理世界的理解，以及人們?nèi)绾螐闹惺芤妗?/p>

研究人員希望關(guān)于奇偶性-時間對稱性的理論工作，能夠激發(fā)這一物理學(xué)領(lǐng)域的進一步實驗研究。

題為Exceptional points in oligomer chains的相關(guān)研究論文發(fā)表在《通訊-物理學(xué)》（Communications Physics）上。

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論文原文：

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

標簽： 空間 量子材料