西安交大刘博团队在拓扑编织光量子调控上取得重要进展

近日，西安交通大学物理学院刘博团队将Floquet量子工程与非厄米复能带拓扑编织相结合，在光量子平台上实现了拓扑扭结及拓扑链环结构的量子调控新途径，并揭示了不同拓扑编织间相变与非厄米奇异点间在拓扑上的內秉联系。该成果以《单光子干涉仪中Floquet（弗洛凯）拓扑复能带编织的实现》（Realization of Floquet-Engineered Topological Complex-Energy Band Braids in Single-Photon Interferometry）为题在国际物理学权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表。该成果为在非平衡非厄米系统中产生、操控、识别拓扑编织提供了新的途径。

图1  拓扑编织的光量子Floquet调控

编织/纽结结构广泛存在于物理、生物、化学、医学等领域。然而，如何系统并灵活地操控不同纽结结构，仍然是当下面临的重要问题。弗洛凯（Floquet）量子工程，通过对系统施加周期性时变驱动，为动态设计并操控体系拓扑性质提供了系统工具。研究团队通过设计非厄米光量子系统中的弗洛凯（Floquet）驱动方案, 从静态拓扑平庸的非链环结构，通过设计驱动配比，实现了非链环、平凡结、Hopf链环、三叶结等不同拓扑扭结的动态调控，确立了“由静态拓扑平庸系统合成非平庸纽结”的非平衡弗洛凯（Floquet）调控合成方法。

实验上，研究团队通过搭建单光子干涉网络，利用波片、光束位移器、损耗模块等实现了两分步型周期性非幺正演化，并观测到复能谱纽结与布洛赫球上本征波函数轨迹交叉结构的拓扑吻合，探测了拓扑纽结相变伴生的奇异点新奇拓扑性质。

西安交通大学物理学院为论文第一完成单位，博士生田瑞、魏远邦为论文共同第一作者，刘博教授为论文通讯作者。参与此工作的还有西安交通大学高宏教授、李福利教授等。

近年来，刘博课题组紧密围绕量子调控与量子工程中的科学前沿与应用，开展了深入的理论与实验研究，在Phys. Rev. Lett.、Nat. Comm.等上发表系列论文。研究工作得到了国家重点研发计划、国家级青年人才项目、国家自然科学基金、陕西基础科学研究院、小米基金会、西安交大青年拔尖人才支持计划、中央高校基本科研业务费等的支持。

文章链接: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/7wtv-p9l5

刘博课题组链接：https://gr.xjtu.edu.cn/liubophy/