本網(wǎng)訊（物理與光電工程學院 王棟）日前，安徽大學物理與光電工程學院王坤坤教授與北京計算科學研究中心薛鵬教授團隊、中國科學技術(shù)大學易為教授合作，在單光子非厄米量子行走的動力學演化中，通過觀測演化過程中光子的平均手性位移及量子行走動力學淬火過程中動量—時間域的斯格明子結(jié)構(gòu)兩種不同的方式，實現(xiàn)了對非布洛赫(non-Bloch)拓撲數(shù)的直接測量。研究成果以“Detecting Non-Bloch Topological Invariants in Quantum Dynamics”為題，在物理學領(lǐng)域知名期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）發(fā)表。安徽大學王坤坤教授為文章第一作者，中國科學技術(shù)大學李天宇為共同第一作者，北京計算科學研究中心薛鵬教授、中國科學技術(shù)大學易為教授為共同通訊作者。

近年來，隨著對量子開放體系中拓撲物相研究的逐步深入，開放體系呈現(xiàn)出諸多區(qū)別于封閉系統(tǒng)中的拓撲特性。其中一個經(jīng)典的案例是非厄米系統(tǒng)中的趨膚效應(yīng)所引起的體—邊對應(yīng)關(guān)系的破壞（拓撲物態(tài)研究的基本原理）。趨膚效應(yīng)下，非厄米系統(tǒng)中的所有體態(tài)與拓撲邊緣態(tài)始終局域在體系邊界附近，定義在傳統(tǒng)布里淵區(qū)上的布洛赫拓撲不變量與邊緣態(tài)的存在不再一一對應(yīng)。為重新建立非厄米系統(tǒng)中的體邊對應(yīng)關(guān)系，理論研究引入了非布洛赫能帶理論，于廣義布里淵區(qū)重新定義出非布洛赫拓撲不變量。在前期的研究中，封閉系統(tǒng)布洛赫拓撲不變量已經(jīng)被實驗證明可以通過統(tǒng)計矩、平均手性位移和量子淬火中的拓撲結(jié)構(gòu)等方式進行探測。且開放系統(tǒng)中的非厄米趨膚效應(yīng)的存在以及非布洛赫體邊對應(yīng)關(guān)系的有效性也都得到了實驗證明，但非布洛拓撲數(shù)是否存在相應(yīng)方法對其進行實驗測量依然沒有答案。

王坤坤及其合作者利用線性光學系統(tǒng)，搭建了非厄米量子行走實驗裝置，不僅精確地測量了動力學演化過程中的平均手性位移，還通過實現(xiàn)淬火動力學演化，觀測到了非布洛赫能帶理論下動量時間空間中的斯格明子結(jié)構(gòu)。理論證明前一種測量方式在量子行走步數(shù)足夠大時等同于系統(tǒng)中的非布洛赫拓撲繞數(shù)，后一種方式通過斯格明子結(jié)構(gòu)也可以確定系統(tǒng)在非布洛赫能帶理論定義下的拓撲相，均是對系統(tǒng)非厄米拓撲數(shù)的測量。實驗對比了兩種方式下觀測到的與非布洛赫和布洛赫能帶理論定義下的拓撲數(shù)及拓撲相變，充分證明了兩種方法對非布洛赫拓撲數(shù)測量的有效性。在淬火過程中，實驗測量系統(tǒng)態(tài)的平均自旋分量還觀測到了非布洛赫宇稱—時間對稱性的破缺及非布洛赫奇異點的存在。而且，實驗對系統(tǒng)引入了對稱性保持的靜態(tài)和動態(tài)兩種不同的微擾，證明了兩種測量非布洛赫拓不變量方式的魯棒性。這一工作是首次在實驗上實現(xiàn)了對于開放系統(tǒng)中非布洛赫拓撲不變量的直接測量，不僅能為非布洛赫能帶理論的成立提供又一有效證據(jù)，進一步加深對開放系統(tǒng)拓撲物相的了解，更為對開放系統(tǒng)拓撲物相的研究提供了新的方法。

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https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.270602