توابع موج چلانده (squeezed) خواص مرز-حجم در یک سیستم کوانتومی باز را تغییر شکل داده و نوع جدیدی از تقارن پاریته-زمان ایجاد می کنند.

در فضای پارامترِ سیستم های کوانتومی که از تقارن پاریته-زمان پیروی می کنند برخی "نقاط استثناء" دیده می شود. در سیستم های کوانتومی نوری، اینها نقاطی هستند که بهره و تلفات پرتوی نور دقیقا با هم برابر است که منجر به پدیده های بحرانی شدید مانند حساسیت فوق العاده به عوامل خارجی می شود. تقارن پاریته-زمان را می توان با طراحی هایی که تعادل بین شارش انرژی ورودی و خروجی را تضمین می کند در سیستم به صورت مهندسی شده ایجاد کرد (مراجعه کنید به دیدگاه: تقارن PT کوانتومی می شود). اکنون، لی ژیائو Lei Xiao و همکارانش در مرکز تحقیقات علوم محاسباتی بیجینگ روش جدیدی را برای تولید هم تقارن پاریته-زمان و هم نقاط استثناء در یک مدار کوانتومی-نوری ارائه کرده اند. تحقیق آن ها امکان تنظیم رفتارهای عجیب ابزارها در سیستم های فوتونیکی، فونونیکی و اتمِ سرد را میسر می کند [1] .

پژوهشگران اغلب تعادل انرژی ورودی-خروجی لازم برای تولید تقارن پاریته-زمان را با استفاده از سیستم هایی با ساختارهای دارای تناوب فضایی ایجاد می کنند. ظهور نقاط استثناء در چنین سیستم هایی با نظریه نواری بلاخ پیش بینی می شود. ژیائو و همکارانش در آزمایش خود وجود تقارن پاریته-زمان و نقاط استثناء را با اندازه گیری چگونگی برهمکنش فوتون ها با خودشان در حین انتشار درون مجموعه ای از قطعات اپتیکی مشاهده کردند. اگرچه این سیستم در حجم خود یک ساختار تناوبی فضایی دارد اما شرایط مرزی اش باز است بنابراین خواص آن نمی تواند با نظریه نواری بلاخ متعارف توصیف شود.

این محققان نتیجه گرفتند که تقارن پاریته-زمان در آزمایش آن ها ناشی از "اثر پوسته" است بدین معنا که توابع موج به سمت مرز سیستم چلانده می شوند. از آنجا که این امر توابع موج حجمی را نامتوازن می کند، اثر پوسته را تنها با یک "نظریه نواری غیر بلاخی" نامتعارف می توان توضیح داد. طراحی مواد مصنوعی برای مهار این ساز و کار می تواند به ابزارهای کوانتومی با قابلیت حسگریِ وضوح-بالا منتهی شود.

مراجع

[1] L. Xiao et al., “Observation of non-Bloch parity-time symmetry and exceptional points,” Phys. Rev. Lett. 126, 230402 (2021).

منبع