科大研究人员发现从损失中获得量子控制的新方法

　　香港科技大学（科大）的研究人员展示了一种通过粒子损失来控制量子态的新方法——这一过程通常在量子装置中是避免的，为实现前所未有的量子态提供了一条新途径。
　　操纵量子系统需要对量子态进行微妙的控制，零不完美操作，否则量子态编码的有用信息就会被打乱。最常见的有害过程之一是组成系统的颗粒的损失。这个问题长期以来一直被视为量子控制的敌人，并通过系统的隔离避免了这个问题。但现在，科大的研究人员发现了一种方法，可以从原子量子系统的损失中获得量子控制。
　　这一发现今天发表在《 自然物理学》杂志上 。
　　该研究的首席研究员、科大物理副教授Jo.Gyu-Boong JO教授表示，结果显示损失是量子控制的潜在旋钮。
　　＂教科书告诉我们，在量子力学中，感兴趣的系统不会遭受粒子的损失，因为它与环境隔离得很好，＂Jo教授说，＂然而，一个开放的系统 - 从经典到量子系统，无处不在。这种开放系统，被非埃尔米特物理学有效地描述，表现出各种在埃尔米特系统中无法观察到的反直觉现象。
　　非埃尔米特物理学与损失的概念已经在经典系统中得到了积极的研究，但这种反直觉的现象直到最近在真正的量子系统中才被发现和观察到。在这项研究中，科大的研究人员调整了系统的参数，使它们扫除了一个特殊点周围的闭环 - 也称为非埃尔米特系统中发生的异常点。人们发现，环路的方向（即它是顺时针还是逆时针）决定了最终的量子态。
　　科大物理学教授、该团队的另一位领导李詹森（Jensen LI）表示：＂这种定向量子态围绕异常点转移的手性行为可能是量子控制的重要组成部分。我们正处于控制非埃尔米特量子系统的起点。
　　这些发现的另一个含义是两种看似不相关的机制：非埃尔米特物理学（由损失引起）和自旋 - 轨道耦合如何相互作用。自旋轨道耦合（SOC）是有趣的量子现象背后的基本机制，例如拓扑绝缘体，其内部表现为绝缘体，但其表面流动电子充当导体。
　　尽管非埃尔米特物理学取得了重大进展，但SOC机制仅在埃尔米特系统中被广泛研究，而在自旋轨道耦合量子系统中损失所起的主要作用的实验中却知之甚少。更好地理解这种非埃尔米特SOC对于新材料的发展至关重要，但在凝聚态物理学领域仍然难以捉摸。
　　然而，在这项工作中，研究人员首次实现了超冷原子的耗散自旋轨道耦合系统，完全表征了其量子态，并在非埃尔米特物理学的背景下展示了手性量子控制。这一发现为未来在非埃尔米特制度下探索自旋轨道耦合物理学奠定了基础，并强调了非埃尔米特量子系统在实现、表征和利用两种基本机制（即损耗和SOC）方面的非凡能力，为在具有超冷原子的高度可控的量子模拟器中精确模拟这种竞争机制提供了一种新方法。
　　该研究由香港研究资助局，裘槎基金会和哈里莱拉基金会资助。