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　　中國(guo)科學技術(shu)大(da)學郭光(guang)燦院(yuan)士團(tuan)隊在基于(yu)簡并腔中渦旋(xuan)光(guang)子的拓撲量子模擬(ni)上(shang)取得新進展(zhan)。該團(tuan)隊李(li)傳鋒、許金時、韓永建等人(ren)利用簡并光(guang)學諧振腔內(nei)的渦旋(xuan)光(guang)子構建非(fei)厄(e)米人(ren)工軌道角動量晶格，觀測到(dao)了(le)非(fei)厄(e)米奇(qi)異點。該成(cheng)果于(yu)1月(yue)25日發表在國(guo)際知名學術(shu)期刊《科學·進展(zhan)》上(shang)。

　　奇異(yi)點(dian)（exceptional point, EP）是(shi)非厄米系統(tong)的(de)(de)(de)(de)獨特性質，它(ta)們存在(zai)于與周圍(wei)環境有能量(liang)(liang)(liang)(liang)交換的(de)(de)(de)(de)開放系統(tong)中(zhong)，是(shi)拓(tuo)(tuo)撲物(wu)理重要的(de)(de)(de)(de)研究(jiu)對象。此前李傳鋒、許金時等人(ren)(ren)已(yi)利用光(guang)的(de)(de)(de)(de)軌道(dao)(dao)(dao)角(jiao)動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)(liang)構(gou)建(jian)一維(wei)的(de)(de)(de)(de)人(ren)(ren)工拓(tuo)(tuo)撲晶格，成(cheng)功搭建(jian)了基于簡并腔中(zhong)渦旋光(guang)子的(de)(de)(de)(de)拓(tuo)(tuo)撲量(liang)(liang)(liang)(liang)子模擬(ni)平(ping)(ping)臺[Nature Commun. 13, 2040 (2022)]。基于這(zhe)一平(ping)(ping)臺，在(zai)本成(cheng)果中(zhong)研究(jiu)組(zu)巧妙地引入(ru)一個參數贗動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)(liang)，并在(zai)人(ren)(ren)工軌道(dao)(dao)(dao)角(jiao)動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)(liang)與參數贗動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)(liang)構(gou)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)二維(wei)動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)(liang)空間中(zhong)構(gou)建(jian)了狄拉克(ke)點(dian)。進一步通過在(zai)人(ren)(ren)工軌道(dao)(dao)(dao)角(jiao)動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)(liang)晶格上引入(ru)偏振非平(ping)(ping)衡(heng)損耗(hao)（圖1A所示），使動(dong)(dong)量(liang)(liang)(liang)(liang)空間中(zhong)的(de)(de)(de)(de)狄拉克(ke)點(dian)劈裂成(cheng)一對奇異(yi)點(dian)。

圖1：實驗(yan)原(yuan)理(li)與實驗(yan)結果(guo)圖。 （A）人工(gong)軌道(dao)角(jiao)動量晶格(ge)示意圖。圓圈代(dai)表(biao)(biao)軌道(dao)角(jiao)動量，m為軌道(dao)角(jiao)動量量子數，紅色(se)和藍色(se)分別代(dai)表(biao)(biao)左(zuo)旋和右旋圓偏(pian)振(zhen)光(guang)，直(zhi)線箭頭(tou)代(dai)表(biao)(biao)模式間相互作用(yong)，曲線箭頭(tou)代(dai)表(biao)(biao)耗散。（B）波前(qian)角(jiao)分辨能譜探測示意圖。（C）實驗(yan)探測到的(de)(de)經(jing)過EP點的(de)(de)能量絕對值(zhi)。

　　在非厄米系(xi)(xi)統(tong)中(zhong)，能(neng)(neng)(neng)量(liang)通常會變(bian)成(cheng)復(fu)數，而(er)對復(fu)能(neng)(neng)(neng)量(liang)的(de)(de)探(tan)(tan)測(ce)往(wang)往(wang)十分(fen)困難(nan)。本項工(gong)(gong)作(zuo)中(zhong)，研(yan)究組創造性(xing)提出了基于人(ren)工(gong)(gong)軌道(dao)角(jiao)動(dong)量(liang)維(wei)度(du)的(de)(de)復(fu)能(neng)(neng)(neng)譜探(tan)(tan)測(ce)方法(fa)——波前角(jiao)分(fen)辨能(neng)(neng)(neng)譜探(tan)(tan)測(ce)法(fa)（圖1B所示）。利用這一技術，研(yan)究組不僅成(cheng)功觀(guan)測(ce)到了動(dong)量(liang)空(kong)間的(de)(de)奇異點（圖1C所示），還觀(guan)測(ce)到了體費(fei)米弧(hu)、宇稱-時間對稱性(xing)破缺的(de)(de)相(xiang)變(bian)和半整數能(neng)(neng)(neng)帶(dai)纏繞等有趣的(de)(de)現象和特性(xing)。此外相(xiang)比(bi)于傳統(tong)的(de)(de)拓撲量(liang)子模擬體系(xi)(xi)，光學人(ren)工(gong)(gong)合成(cheng)維(wei)度(du)具有靈活的(de)(de)調節能(neng)(neng)(neng)力。研(yan)究組通過調控人(ren)工(gong)(gong)合成(cheng)維(wei)度(du)中(zhong)的(de)(de)參數，使動(dong)量(liang)環繞奇異點一周(zhou)，觀(guan)測(ce)到復(fu)能(neng)(neng)(neng)量(liang)的(de)(de)反轉(zhuan)，直觀(guan)地刻畫了復(fu)能(neng)(neng)(neng)帶(dai)黎曼面的(de)(de)幾何特征。

　　光(guang)學人(ren)(ren)(ren)工(gong)(gong)合成維度是近年來興(xing)起的拓撲(pu)量子模擬的新方法。研(yan)(yan)究組搭建(jian)的基于簡并(bing)腔中渦(wo)旋光(guang)子的人(ren)(ren)(ren)工(gong)(gong)維度實(shi)驗平臺，不僅(jin)能用(yong)來探索深刻的拓撲(pu)物理，還(huan)可用(yong)于開發功能強大(da)(da)的全光(guang)器件。審稿人(ren)(ren)(ren)評價(jia)這(zhe)項工(gong)(gong)作“As large non-Hermitian systems are numerically difficult to study, experimental realisations as in the present work could provide new and important insights, especially with respect to technical applications. （大(da)(da)規模非厄米系統的數值模擬是十(shi)分困難的，因此(ci)這(zhe)項實(shi)驗工(gong)(gong)作提(ti)供了一個新的重要研(yan)(yan)究視角，特別是在技術應用(yong)方面）”。

　　論文的(de)共同第(di)一(yi)作者是中(zhong)科(ke)(ke)院量子信(xin)息重點實驗室博士(shi)研究生(sheng)楊木、張昊清(qing)、廖昱瑋(wei)。本研究得到科(ke)(ke)技部、國(guo)家(jia)基(ji)金委、中(zhong)國(guo)科(ke)(ke)學院、安徽省和中(zhong)國(guo)科(ke)(ke)大的(de)支持。