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中國科大提出在單個簡并腔系統(tǒng)中模擬拓撲物理的新方案

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中國科大提出在單個簡并腔系統(tǒng)中模擬拓撲物理的新方案

摘要: 　　中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦領導的中科院量子信息重點實驗室在量子模擬方面取得新進展。該實驗室周正威、周祥發(fā)等提出了一種只需要單個簡并腔就可以模擬重要拓撲物理機制的新方案，從而大大簡化 ...

　　中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦領導的中科院量子信息重點實驗室在量子模擬方面取得新進展。該實驗室周正威、周祥發(fā)等提出了一種只需要單個簡并腔就可以模擬重要拓撲物理機制的新方案，從而大大簡化了在光學諧振腔系統(tǒng)中仿真拓撲現(xiàn)象的物理需求。相關學習成果2月22日發(fā)表在物理評論快報上[Phys. Rev. Lett. 118， 083603 (2017)]。
　　拓撲物理是當前凝聚態(tài)理論和實驗學習的熱點，對該現(xiàn)象的學習不僅是物理學內在的追求，也為新的功能化材料和器件的學習提供了契機。然而，當前對拓撲現(xiàn)象的學習主要集中在材料系統(tǒng)中。尋找新的物理平臺，從而更高效地模擬和調控這一重要物理機制，對探索其中的物理和開發(fā)新的應用等均有著不可估量的作用。在此之前，周正威學習組曾提出一種在簡并腔陣列系統(tǒng)中，通過調控光子的角動量自由度，實現(xiàn)在人工維度中模擬光子的拓撲物質的新方案（Nat. Commun. 6，7704 (2015)）。
　　周正威等學習人員在之前工作的基礎上，提出了一種更為簡化的模擬和調控拓撲物質的方案。通過重新改造簡并腔的設計，使得光腔內的光子角動量模式具有一定的復合結構；再利用光子在空間模式的差別，實現(xiàn)了在人工維度中構造出等效的物理邊界。通過這樣的改造后，所有關于體系的重要拓撲物理現(xiàn)象，均可以從該系統(tǒng)的邊界態(tài)上反應出來，進而可以通過光信號讀取。
　　該方案的顯著優(yōu)點是將拓撲物理的模擬和調控，簡化到單個光學腔中實現(xiàn)，從而大大降低了實驗的難度。此外，考慮到單個光腔系統(tǒng)在操控上的方便性，該系統(tǒng)還可以用來學習拓撲態(tài)的動力學特征。當前，對動力學系統(tǒng)中的拓撲效應學習，還有許多問題有待解決。該方案也為學習這一機制提供非常簡潔的物理平臺設計。
　　中科院量子信息重點實驗室副學習員周祥發(fā)為文章的第一作者，這項工作得到國家基金委、中科院、科技部和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。
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