东南大学曲登科副研究员在非厄米光子学领域取得新进展
文章导读
你手里可能正翻着非厄米体系的综述，苦思如何把“异常点手性转移”从两模搬到多模系统；大多数人要么被复杂的谱结构绕晕，要么靠数值盲猜参数路径，结果实验总是躺枪。东南大学团队这次在实验上实现了四模可编程“手性多态切换”，不是简单叠加两模结论，而是在参数空间里同时绕过Exceptional Curve并穿越Diabolic Curve，靠路径与方向的组合把任意初态确定性送到任意目标态——这直接把可控性从“部分可选”提升为“全可编程”。我们观测到的并非抽象数学美感，而是能直接影响多模光子网络态操控和高维量子信息处理的可操作技巧。文章里有一个看似不起眼的设计细节，决定了能否把理论流程真正搬到台面上，你能承受放手一试却不看这个关键说明的代价吗？
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（通讯员 曲登科）近日，东南大学全光量子信息团队曲登科副研究员在非厄米光子学领域取得重要进展，首次在实验上实现了可编程手性多态切换。相关成果以“Selective Chiral Multistate Switching via the Dynamic Interplay of Diabolic and Exceptional Points”为题，发表于国际物理学权威期刊《Physical Review Letters》。
非厄米系统因其能谱中存在Exceptional Points而展现出丰富的物理现象。其中，动态环绕异常点可引发“手性态转移”：系统最终态仅由环绕方向决定，而与初始态无关。该现象此前主要局限于两模系统。在更高维的多模系统中，由于多个异常点及非绝热跃迁的共同作用，实现对最终态的精确可控一直是该领域面临的重要挑战。
针对这一问题，研究团队构建了一个四模耦合非厄米系统模型，并在单光子干涉平台上有效模拟其时间依赖动力学。通过精确设计系统参数的演化路径，使其在参数空间中同时环绕Exceptional Curve并穿越Diabolic Curve，实现了四个本征态之间的完全可编程切换。实验结果表明，通过选择不同的演化路径和环绕方向，系统可从任意初态确定性地转移到任意目标态。
图1：四模非厄米系统结构及实验装置示意图
该工作突破了传统非厄米手性态转移仅限于两模系统的局限，首次在实验上实现了多模系统中的可编程多态切换机制。相关研究不仅加深了对非厄米多模系统谱拓扑结构的理解，也为多模光子网络中的态操控、高维量子信息处理等方向提供了新的技术路径。
本论文第一作者为东南大学曲登科副研究员、捷克帕拉茨基大学Ievgen I. Arkhipov助理教授和东南大学高慧霞博士后。理论合作者为日本理化学研究所Franco Nori教授。东南大学物理学院为该工作第一完成单位。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金及北京凝聚态物理国家研究中心开放课题支持。
原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/wvrz-432c
供稿：物理学院
（责任编辑：杨万里 审核：李震）
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