量子物理學新里程碑，二維非厄米表面效應模擬成功

香港科技大學（HKUST）與北京大學（PKU）團隊於量子物理學領域取得重大突破，成功用超冷費米子二維模擬非厄米表面效應（Non-Hermitian Skin Effect，NHSE），論文 1 月 8 日發表於《自然》期刊。

傳統量子力學主要關注與環境隔離的系統，通常使用厄米模型（哈密頓量）描述。然而，當量子系統與環境交換粒子或能量時，這種模型就不再適用。研究團隊採用非厄米哈密頓量來描述這種開放系統，為量子資訊、曲率空間、異常拓撲相位、甚至黑洞物理學提供新觀察。

香港科技大學物理學教授曹圭鵬解釋，在可調節耗散的自旋─軌道耦合光學晶格為超冷費米子創建二維非厄米拓樸帶，成功揭示非厄米表面效應。這項研究不僅展示如何在量子多體系統，探索非厄米性與對稱性和拓樸學的相互作用，還為使用具耗散的超冷費米子研究非厄米量子動力學開闢新途徑。

▲ 二維空間耗散引入非厄米性，導致原子在邊緣積累。（Source：香港科技大學）

另一位領導作者、北大教授劉雄軍強調研究的重要性，指出高維非厄米表面效應與基本厄米情景（如曲率空間、黑洞、量子資訊和高階拓撲相位）相互作用，需在多體系統深入探索。新系統提供高度可控平台，有助研究高維非厄米現象，為凝聚態物質和超冷原子領域之外的奇異量子物理學提供新的洞見。

儘管取得重大進展，團隊指要更完整理解非厄米表面效應仍有挑戰性。關鍵問題如「NHSE是否有一般拓樸學解釋？」及「拓樸學多大程度決定存在或不存在？」都待解答。這項研究為探索這些問題奠定基礎，有望推動量子物理學繼續發展。

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（首圖來源：Pixabay）