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编 者 按 传统量子力学所描述的系统通常是独立并且与外界没有相互作用的理想系统,这就要求哈密顿量为厄米算符以保证系统随时间演化的幺正性以及能谱的完全实数性。然而在实际工作中,由于非厄米哈密顿量描述的简便性,其被技术性的引入描述一些唯象理论。如 Herman Feshbach提出投影算符理论应用于核物理的研究。非厄米哈密顿量也可在量子光学中描述耗散过程,在量子化学中描述化学反应过程等。非厄米哈密顿量在描述开放系统中衰减机制、有限的特征时间以及退相干等现象时取得了巨大的成功,但是由于它所带来的复数本征值,其依然被大家认为是非物理的。二十世纪九十年代,Bender和 Boettcher发现具有宇称-时间反演 (PT)对称性的非厄米算符依然可以具有完全实数的能谱,即可观测量为实数。这一所谓的“非物理公认”被推翻。随后很多研究者致力于非厄米系统的研究,发现了非厄米系统中独有的奇异点、PT 对称相变、几率震荡等诸多新奇物理性质和现象。基于傍轴近似下麦克斯韦方程与薛定谔方程的类比,研究者们在光学系统中成功地仿真了非厄米哈密顿量。非厄米量子力学的基本理论在光学平台上得到了有效的检验。这些基础性工作极大地促进了非厄米理论与实验的快速发展。 除了静力学上的特殊性质,非厄米系统还表现出许多在厄米系统中从未出现过的特殊动力学行为,其中一个显著特征是奇异点动力学。奇异点是非厄米系统特有的能谱简并结构,其对应的本征态出现合并,导致不完备的希尔伯特空间。狄拉克几率不守恒以及奇异点的存在造就了非厄米系统不同于厄米系统的特殊动力学行为。奇异点相关的非平衡物理在单体系统中得到了深入的研究,在多体系统中也有涉及。非厄米性和相互作用之间的结合必定会产生奇异的量子多体效应,并且可以极大地改变厄米物理中已经确立的宏观行为。 非厄米物理广泛存在于包括光学、声学、经典波、冷原子、凝聚态体系等物理系统中,其中具有许多超出厄米系统范式的新颖物理性质,因此对非厄米新奇物性的深入理解和精准调控可以为非厄米物理在各类系统中的应用奠定基础。近十年,这一领域取得了许多令人瞩目的研究成果,国内外许多优秀的科研团队做出了卓越的研究成果。相关研究成果不仅具有重要的学术价值,同时也从一定程度上引领了物理学的发展以及未来科技进步的方向。基于此,本专题特别邀请了活跃在该领域的专家学者,从不同的物理系统,多方面的视角去介绍该领域的研究背景、相关重要研究问题以及未来可能的发展方向,希望本专题可以对感兴趣的读者有所裨益。 刘伍明,中国科学院物理所研究员,博士生导师,国家杰出青年基金获得者,国家重点基础研究发展计划首席科学家,国家重点研发计划 “量子调控与量子信息”重点专项首席科学家。研究领域为原子分子物理、光物理和凝聚态物理中的新奇量子现象。发展可积模型、量子场论等解析方法和团簇动力学平均场方法等数值方法,研究具有自旋-轨道耦合、非厄米、强关联、无序效应等量子多体系统的基态、激发态、拓扑态的精确解及其奇异性质。在SCI收录的刊物上发表论文 435 篇,综述文章 20 篇,英文专著 5 部,获发明专利 5 项。被 SCI引用 15,500 次,H 因子 65。 金亮,南开大学教授,博士生导师。主要从事非厄米物理系统的性质、动力学、及应用的理论研究,包括离散非厄米系统、非厄米光子学、非厄米拓扑等。在Nature Communications,Physical Review Letters/A/B/Research,Chinese Physics Letters等SCI期刊发表论文60余篇。 闫振亚,中国科学院数学与系统科学研究院研究员,博士生导师。主要研究数学物理和可积系统及多学科交叉应用,包括怪波、非厄米PT对称、RH问题、符号-数值计算和PDE机器学习等,承担国家杰出青年基金等项目。 专题文章 非厄米线性响应理论及其应用 潘磊 物理学报.2022, 71 (17): 170305. doi: 10.7498/aps.71.20220862 原文链接 PDF
畴壁系统中的非厄米趋肤效应
邓天舒
物理学报.2022, 71 (17): 170306.
doi: 10.7498/aps.71.20221087
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宇称-时间对称与反对称研究进展
唐原江,梁超,刘永椿
物理学报.2022, 71 (17): 171101.
doi: 10.7498/aps.71.20221323
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摘要:在标准量子力学中,描述物理系统的哈密顿量一般是厄米的,以保证系统具有实能谱及系统演化的幺正性。近些年来,研究发现具有宇称-时间(parity-time,PT)对称特性的非厄米哈密顿量也具有实能谱,并且在PT对称相和PT对称破缺相之间存在一个新奇的非厄米奇异点,这是厄米系统所不具有的。最近,人们在各种各样的物理系统中实现了PT对称和PT反对称的非厄米哈密顿量,并演示了新奇的量子现象,这不仅加深了对基本量子物理规律的理解,也促进了应用技术的突破。本综述将介绍PT对称和PT反对称的基本物理原理,总结在光学系统和原子系统中实现PT对称和PT反对称的方案,并回顾利用PT对称系统非厄米奇异点进行精密传感的研究。
非厄米临界动力学及其在量子多体系统中的应用
张禧征,王鹏,张坤亮,杨学敏,宋智
物理学报.2022, 71 (17): 174501.
doi: 10.7498/aps.71.20220914
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基于Aharonov-Bohm笼的非厄米趋肤效应抑制现象
陈舒越,蒋闯,柯少林,王兵,陆培祥
物理学报.2022, 71 (17): 174201.
doi: 10.7498/aps.71.20220978
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一维PT 对称非厄米自旋轨道耦合Su-Schrieffer-Heeger模型的拓扑性质
李家锐,王梓安,徐彤彤,张莲莲,公卫江
物理学报.2022, 71 (17): 177302.
doi: 10.7498/aps.71.20220796
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