Un equipo de investigación liderado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) ha logrado una importante simulación cuántica del efecto de la piel no hermitiana en dos dimensiones utilizando fermiones ultrafríos, logrando avances significativos en la investigación de la física cuántica.
La mecánica cuántica, que normalmente considera un sistema bien aislado de su entorno, describe fenómenos en todas partes, desde el comportamiento de los electrones en sólidos hasta el procesamiento de información en dispositivos cuánticos. Esta descripción normalmente requiere un observable de valor real, en particular, un modelo hermitiano (hamiltoniano).
La hermeticidad del modelo, que garantiza energía conservada con valores propios reales, se rompe cuando un sistema cuántico intercambia partículas y energía con su entorno. Estos sistemas cuánticos abiertos pueden describirse eficazmente mediante un hamiltoniano no hermitiano, lo que proporciona importantes conocimientos sobre el procesamiento de información cuántica, el espacio curvo, fases topológicas inusuales e incluso agujeros negros. Sin embargo, muchas preguntas sobre la dinámica cuántica no hermitiana siguen sin respuesta, especialmente en dimensiones superiores.
Junto con la Universidad de Pekín (PKU), físicos de las dos universidades han simulado uno de esos fenómenos interesantes: el efecto piel no hermitiano (NHSE), que implica la acumulación de estados propios dentro de los límites de un sistema abierto. Esta demostración exitosa marca un avance importante, ya que las realizaciones experimentales anteriores de efectos cutáneos no hermitianos se limitaban a dimensiones inferiores o sistemas clásicos en lugar de sistemas cuánticos.
Está publicado en Descubrimiento. la naturaleza El 8 de enero de 2025. La investigación combinó órbitas de espín con disipación sintonizable para formar una banda topológica bidimensional no hermitiana para fermiones ultrafríos en redes ópticas, revelando el efecto de piel no hermitiana, dice el profesor JO Gyu-Boong. dirige el estudio de física en HKUST.
“Nuestro trabajo revela un sistema interesante que nos permite explorar cómo la no hermeticidad juega con la simetría y la topología”, dijo el profesor Joe. “Nuestro experimento define inherentemente un sistema cuántico de muchos cuerpos en lugar de sistemas clásicos, abriendo vías para investigaciones que utilizan fermiones ultrafríos junto con la exploración de dinámicas cuánticas no hermitianas”.
“La interacción del efecto piel no hermético de alta dimensión con escenarios herméticos fundamentales, como espacios curvos, agujeros negros, información cuántica y fases topológicas superiores”, añadió el profesor LIU Xiong-jun, profesor de PKU y segundo líder. del equipo, requiere exploración en sistemas de muchos cuerpos más allá del sistema unidimensional. El control en nuestro sistema es uno para explorar fenómenos no hermitianos de dimensiones superiores. como una plataforma versátil, que ofrece información sobre la física cuántica exótica más allá de los reinos de la materia condensada y los átomos ultrafríos”.
El equipo enfatiza que falta una comprensión completa de NHSE y que aún quedan preguntas clave sin respuesta: “¿Existe una explicación topológica general para NHSE?” y “¿En qué medida la topología determina su presencia o ausencia?” El profesor Joe añadió: “Este trabajo preparado sienta las bases para explorar este tipo de cuestiones.