导 读
日前，北京计算科学研究中心薛鹏教授团队及合作者在动力学量子相变研究中取得重要进展。他们在单光子量子行走中首次模拟了多体拓扑系统的动力学淬火过程，系统地研究淬火过程中的动力学量子相变，并测量了动力学拓扑序参量。研究成果以“Simulating Dynamic Quantum Phase Transitions in Photonic Quantum Walks”（在光量子行走中模拟动力学量子相变）为题，于2019年1月16日在线发表于Physical Review Letters《物理评论快报》。
这篇论文涵盖了量子行走，量子模拟，动力学量子相变三个近年来量子物理学界最为关注的方向。量子行走提供一个普适的量子信息处理平台，广泛地应用于量子计算和量子模拟。量子模拟可以有效揭示复杂物理系统的规律，为新能源开发、新材料设计等提供指导。动力学量子相变是一种非平衡相变，区别于传统意义上温度驱动的相变，动力学量子相变是时间驱动的量子系统的非解析行为，对于理解量子多体系统的动力学演化至关重要。
图：(a)在光量子行走中模拟多体拓扑系统的动力学量子相变的实验装置图。(b)Floquet量子行走的相图。(c)实验结果。
该团队着眼于这三个研究方向中最本质和关键的问题，将之有机结合，利用量子光源和线性光学体系实现了封闭系统和开放系统单光子量子行走，首次在光学系统中模拟了多体拓扑系统的动力学淬火过程。实验中，考虑到各种情况，包括幺正演化、宇称-时间对称的幺正演化，以及宇称-时间对称破缺的非幺正演化，同时考虑各种初态包括纯态和混态，对动力学量子相变过程进行了完整的刻画，并且测量了动力学拓扑序参量。
这一工作有助于进一步理解多体开放系统的拓扑性质及动力学演化过程。对基于多体拓扑系统的动力学淬火过程中新奇的物理现象的研究有望在未来以此开发新型的具有量子特性的光调控器件。为基于量子行走平台实现量子计算和量子模拟提供新的依据，为探索拓扑量子计算开辟了新途径。
该论文的理论合作者为中国科学技术大学易为教授。论文第一作者为薛鹏教授指导的博士生。上述研究得到了国家自然科学基金和北京计算科学中心启动基金的支持。
文章链接
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.020501
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两江科技评论编辑部
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