首次觀察宇稱時(shí)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(xué)框架中，實(shí)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(shí)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(shí)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(xué)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(xué)界強(qiáng)烈的研究興趣。盡管宇稱時(shí)間對稱哈密頓量的概念源于對量子力學(xué)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(shí)現(xiàn)宇稱時(shí)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(shí)現(xiàn)宇稱時(shí)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(shí)驗(yàn)。

　　杜江峰研究組提出了一種新理論方案，通過引入一個(gè)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(shí)演化，均只需要消耗一個(gè)輔助比特的代價(jià)來實(shí)現(xiàn)�；�于此方案，研究組將金剛石中的一個(gè)氮-空位缺陷中的電子自旋用作系統(tǒng)比特，一個(gè)核自旋作為輔助比特，實(shí)現(xiàn)了宇稱時(shí)間對稱哈密頓量，并觀測到宇稱時(shí)間對稱性破缺現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果首次展示了單自旋量子態(tài)在宇稱時(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了新方案的可行性，為進(jìn)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。