重慶大學物理學院 | 光與原子強耦合系統的新奇量子相研究登PRL

光與原子相互作用系統一方面可實現強耦合作用的人工調制，另一方面可操縱贗磁場來誘導新的物理現象，因此被廣泛地用來模擬量子多體系統的新奇量子相的產生。近年來，重慶大學張瑜瑜副教授和國內外同行發現，光與單原子強耦合的量子拉比模型這種少體系統中的超輻射相變，與熱力學極限下無窮多原子的Dicke模型具有類似的量子相變行為。然而，光-原子強耦合的多體系統的嚴格解很困難，其豐富的量子相變和臨界現象研究具有挑戰性。

        最近，重慶大學張瑜瑜副教授，胡自翔研究員，張學鋒研究員，與中物院研究生院傅立斌教授，蘭州大學羅洪剛教授，美國Rice University浦晗教授，提出了量子拉比三角模型作為合成規范場的最小單元，SC研究了人工磁場誘導的光子躍遷所產生的新量子相。該工作在原子頻率極限下給出了系統的嚴格解析解，發現了弱耦合的非相干量子相（iCP），和強耦合下光子流的手性相干相(cCP)和正常相干相(nCP)，前者破壞了Z2 和手性對稱性，后者破壞了Z2 對稱性。研究表明，人工規范場可調制光子流運動的方向性，誘導cCP到nCP的一級量子相變；而iCP到兩種相干相的變化屬于二級量子相變，準確計算其臨界指數，與Dicke模型超輻射相變屬于相同的普適類。 該工作不僅可模擬人工規范場下二維光與原子強耦合多體系統以及冷原子系統的許多物理現象，而且將來可以應用到量子計算模擬研究中。

該工作于2021年8月2日以重慶大學第一單位和通訊單位在Physical Review Letters上發表論文“Quantum phases in a quantum Rabi triangle"（量子拉比三角體系中的量子相），重慶大學張瑜瑜副教授為論文的第一作者和通訊作者，重慶大學張學鋒研究員為共同通訊作者。此項研究得到了國家自然科學基金委、重慶市自然科學基金，中組部“海外高層次人才引進計劃"，中央高校基本科研業務費-前沿科學與AA性卡脖子技術研究子項等的支持和資助。