精密测量院在非厄米量子系统研究方面取得新进展

近日，精密测量院束缚体系量子信息处理研究团队联合国防科技大学等单位，依托精密测量院自主研发的离子阱芯片，首次在实验上观察到非厄米量子系统中两类奇异点之间的过渡行为，研究团队命名它们为“Lindblad奇异点”，它们同时包含有二阶和三阶奇异点的性质。研究显示这两类奇异点可重组形成杂化的 Lindblad 奇异点，在可观测的参数空间移动。这项研究不仅拓展了量子非厄米系统的拓扑性质，而且为量子精密测量提供了新的思路和手段。相关成果发表于《自然-通讯》（Nature Communications）上。

建立在刘维尔矩阵基础上的量子奇异点被称为刘维尔奇异点。在该点处，非厄米量子系统的本征值和本征态会同时发生塌缩和简并，导致奇异点周围存在各类新奇物理性质。真实的量子开放系统由包含耗散和退相过程的Lindblad主方程描述。然而，已有刘维尔奇异点的相关实验都仅仅建立在耗散的物理过程上，却完全忽视了退相过程。研究团队首次将退相过程引入刘维尔奇异点。为区分这两类物理过程引起的非厄米现象，研究团队将其分别命名为基于耗散的Lindblad奇异点和基于退相的Lindblad奇异点。

（a）二阶Lindblad奇异点的移动；（b）三阶Lindblad奇异点的移动

在本项研究中，研究人员从基于耗散的Lindblad奇异点出发，逐渐减小耗散，增强退相，杂化的Lindblad奇异点会向总耗散趋于无穷大的方向连续移动；当耗散和退相强度相等时，该杂化Lindblad奇异点会完全消失在无穷远处；随着退相进一步占据主导地位，杂化Lindblad奇异点变为基于退相的Lindblad奇异点，并移动回最初始的参数位置。这些现象源于纯耗散和纯退相对应的两类刘维尔算子之间的非对易性，揭示了开放量子系统中耗散和退相干之间更深层次的相互作用。

此外，研究人员还观察到由量子跳跃效应所引起的高阶奇异点同样表现出可移动特性。该高阶奇异点为一个三阶奇异点，由二阶奇异点形成的两条奇异线交叉形成，其物理起源为量子跳跃项从环境引入的额外希尔伯特空间维度。该研究成果为基于高阶奇异点的精密测量和量子操控提供了新的技术途径，并为调控单比特系统的拓扑性质和手性动力学开辟了新的途径。

该研究以“Experimental Witness of Quantum Jump Induced High-Order Liouvillian Exceptional Points”为题发表于《自然-通讯》（Nature Communications）上。精密测量院博士生伍卓柱和李沛东为该论文的共同第一作者，国防科技大学教授景辉，精密测量院副研究员陈亮、张建奇和研究员冯芒为共同通讯作者。

该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

论文链接： http://doi.org/10.1038/s41467-026-68705-9