首次觀察宇稱時間 這一研究發(fā)現(xiàn)有何意義

　　眾所周知，量子體系的狀態(tài)演化由哈密頓量確定并服從薛定諤方程。在傳統(tǒng)量子力學框架中，實的能量本征值由哈密頓量滿足厄米性所保障。然而，Bender于1998年提出一類滿足宇稱時間對稱性的非厄米哈密頓量也可保證物理能量本征值為實數(shù)，可以描述包括開放系統(tǒng)在內(nèi)更普遍的對象，從而拓展了量子力學的范疇。尤其值得指出的是，非厄米哈密頓量所描述的物理體系能夠展示出一些新奇的物理性質(zhì)，因此激發(fā)了物理學界強烈的研究興趣。盡管宇稱時間對稱哈密頓量的概念源于對量子力學框架的拓展，但是通常的量子體系由厄米哈密頓量所描述，從而要在通常的量子體系中實現(xiàn)宇稱時間對稱哈密頓量的演化具有巨大挑戰(zhàn)。先前的理論指出引入耗散過程可實現(xiàn)宇稱時間對稱哈密頓量，然而耗散會不可避免地破壞量子相干性，非常不利于在量子系統(tǒng)中開展相關(guān)研究，因此之前絕大部分相關(guān)研究為基于經(jīng)典物理體系開展模擬實驗。

　　杜江峰研究組提出了一種新理論方案，通過引入一個輔助比特在量子系統(tǒng)中研究由非厄米哈密頓量所支配的演化規(guī)律。該方法對非厄米哈密頓量本身沒有任何限制，包括任何維度及含時演化，均只需要消耗一個輔助比特的代價來實現(xiàn)�；�于此方案，研究組將金剛石中的一個氮-空位缺陷中的電子自旋用作系統(tǒng)比特，一個核自旋作為輔助比特，實現(xiàn)了宇稱時間對稱哈密頓量，并觀測到宇稱時間對稱性破缺現(xiàn)象。實驗結(jié)果首次展示了單自旋量子態(tài)在宇稱時間對稱哈密頓量支配下的演化。通過調(diào)節(jié)哈密頓量的參數(shù)，可以清晰地觀測到從對稱性未破缺到對稱性破缺的相變過程(如圖所示)。實驗結(jié)果驗證了新方案的可行性，為進一步研究非厄米哈密頓量相關(guān)的新奇物理性質(zhì)提供了堅實的基礎(chǔ)。