重慶大學物理學院 | 光與原子強耦合系統(tǒng)的新奇量子相研究登PRL

光與原子相互作用系統(tǒng)一方面可實現(xiàn)強耦合作用的人工調(diào)制，另一方面可操縱贗磁場來誘導新的物理現(xiàn)象，因此被廣泛地用來模擬量子多體系統(tǒng)的新奇量子相的產(chǎn)生。近年來，重慶大學張瑜瑜副教授和國內(nèi)外同行發(fā)現(xiàn)，光與單原子強耦合的量子拉比模型這種少體系統(tǒng)中的超輻射相變，與熱力學極限下無窮多原子的Dicke模型具有類似的量子相變行為。然而，光-原子強耦合的多體系統(tǒng)的嚴格解很困難，其豐富的量子相變和臨界現(xiàn)象研究具有挑戰(zhàn)性。

        最近，重慶大學張瑜瑜副教授，胡自翔研究員，張學鋒研究員，與中物院研究生院傅立斌教授，蘭州大學羅洪剛教授，美國Rice University浦晗教授，提出了量子拉比三角模型作為合成規(guī)范場的最小單元，SC研究了人工磁場誘導的光子躍遷所產(chǎn)生的新量子相。該工作在原子頻率極限下給出了系統(tǒng)的嚴格解析解，發(fā)現(xiàn)了弱耦合的非相干量子相（iCP），和強耦合下光子流的手性相干相(cCP)和正常相干相(nCP)，前者破壞了Z2 和手性對稱性，后者破壞了Z2 對稱性。研究表明，人工規(guī)范場可調(diào)制光子流運動的方向性，誘導cCP到nCP的一級量子相變；而iCP到兩種相干相的變化屬于二級量子相變，準確計算其臨界指數(shù)，與Dicke模型超輻射相變屬于相同的普適類。 該工作不僅可模擬人工規(guī)范場下二維光與原子強耦合多體系統(tǒng)以及冷原子系統(tǒng)的許多物理現(xiàn)象，而且將來可以應(yīng)用到量子計算模擬研究中。

該工作于2021年8月2日以重慶大學第一單位和通訊單位在Physical Review Letters上發(fā)表論文“Quantum phases in a quantum Rabi triangle"（量子拉比三角體系中的量子相），重慶大學張瑜瑜副教授為論文的第一作者和通訊作者，重慶大學張學鋒研究員為共同通訊作者。此項研究得到了國家自然科學基金委、重慶市自然科學基金，中組部“海外高層次人才引進計劃"，中央高校基本科研業(yè)務(wù)費-前沿科學與AA性卡脖子技術(shù)研究子項等的支持和資助。