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乐鱼app下载:兰州大学应祖建QUTE:多样性和普适性的相克相生: Rabi

发布时间:2022-08-11 09:54:25 来源:乐鱼app下载网站 作者:乐鱼app下载网址

  原标题:兰州大学应祖建QUTE:多样性和普适性的相克相生: Rabi模型和JC模型过渡中的量子相变、拓扑相变和多相点

  普适性是事物保持一致共有的性质,而相反地,多样性是事物表现各自不同的特性。矛盾的二者是否相克相生,一个简单的物理系统似乎也演绎着这类哲思式的故事。

  描述一个比特系统与一个玻色模耦合的Rabi模型和JC模型是光与物质作用的最基本模型,也是量子光学、量子信息等领域的基石。一直以来,对区别二者的反旋转波项的研究是理论和实验的中心课题之一。低频极限下Rabi模型具有一个二级量子相变点,除了JC模型是个奇点外不同的反旋转波强度可以通过临界指数标度关系统一起来,从而形成一个临界普适性。然而,有限频率下这种普适性将被打破而多样性将成为主宰。这里就有一个看来显然有点奢望的问题:在临界普适性的崩溃下和纷杂的多样化中是否可以发现新的普适类?

  另一方面,相变的研究带来对物理现象的深刻理解。传统的朗道理论突破性地发现相变其实对应着对称性的破缺,而最近的几十年另一类完全不同的相变被提出,即现在众所周知的拓扑相变,与朗道理论形成鲜明对比的是,拓扑相变并不打破对称性。传统的拓朴相变涉及能带结构和布里渊区的性质,都是基于凝聚态多体系统。既然Rabi模型存在量子相变,一个看来天真幼稚的问题是:在这样的单体系统中是否也存在拓扑相变?

  此项工作通过各向异性Rabi模型的基态和第一激发能隙研究Rabi模型和JC模型之间的过渡和反旋转波项的深层作用。该工作发现提高频率时系统涌现出一系列的相变并形成精细的相图结构,而原来认为的三相点实际上是五相点甚至是六相点,同时伴随的还有一系列新的四相点。文章指出原来的量子相变点隐藏着一个对称性破缺实质上是传统的朗道类相变,而意外的发现是在新涌现的相变之间基态波函数对不同的系统参量却具有相同的拓朴结构,因此新的系列相变实质上是拓扑相变,每一新相区可以由基态波函数的节点数唯一表征,从而从拓扑的角度构成新的普适性分类。JC模型在原来临界普适性中的奇点断接也从拓扑角度从新统一起来,为两大基本模型之间的联系架设了一道新的桥梁。

  此工作不但对反旋转波项的作用提供了一个新层的认识,也建立了一个具有启发性的范例:在旧的普适性崩溃下和多样化的表象中仍然可能可以找到新的普适性,而完全不同种类的普适性的接连出演可以在一个系统通过一个参数调节出来, 此中本质完全不同的朗道类相变和拓朴类相变可以在一个系统中交汇。可以看出,正是多样性和普适性的矛盾竞争和相生共存升华了一个简单的单比特系统并赋予其一个纷彩却又协调的物理世界。

  Advanced Quantum Technologies (QUTE)是Wiley量子领域旗舰刊,旨在发表经同行评议的高质量高影响力研究论文,范围涵盖量子计算、量子通讯、量子信息、量子光学以及拓扑材料、超导、超冷原子等相关领域的理论、实践及应用相关工作。



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