Ekstraordinære punkter (EPS) er unikke typer af energi-degeneracies, der forekommer i ikke-hermitiske systemer. Siden deres eksistens først blev foreslået for mere end et århundrede siden, har fysikere kun været i stand til at eksperimentelt observere to typer EPS, som begge blev fundet at give anledning til eksotiske faser af stof i forskellige materialer, herunder Dirac og Weyl Semimetals.
Baseret på nylige teoretiske studier forsøgte forskere ved University of Science and Technology for Kina for nylig at eksperimentelt observere en ny klasse af EPS, kendt som DIRAC EPS. Deres papir, der er offentliggjort i Fysiske gennemgangsbrevekunne åbne nye spændende muligheder for studiet af ikke-hermitisk dynamik og for udvikling af protokoller til pålideligt at kontrollere kvantesystemer.
“Vores inspiration stammede fra en forudgående teoretisk undersøgelse, der foreslog en type enestående punkt (EP) kaldet DIRAC EPS,” fortalte Xing Rong, seniorforfatter af The Paper, til LektieForum. “Vi indså, at denne nye type EP adskiller sig fra alle eksperimentelt observerede EPS i det sidste halve århundrede. Vores arbejde havde til formål at omdanne denne teoretiske forudsigelse til eksperimentel virkelighed.”
DIRAC EPS er degeneracies teoretiseret for at blande to forskellige fysiske koncepter, nemlig DIRAC-punkter, der er observeret i Hermitian Systems og EPS, der vedrører ikke-hermitiske systemer. Det primære mål med det nylige arbejde fra Rong og hans kolleger var at med succes konstruere og observere disse energi-niveau degeneracies, der udnytter nitrogen-vacancy-defekter i diamant, som er atomskala kvantesystemer inden for et faststofmateriale.
“Vi konstruerede en ikke-hermitisk Hamiltonian Hosting DIRAC EPS ved at introducere en spin-kvadrat operatørperiode (Sz2) I et ikke-hermisk system på tre niveauer, forklarede Rong. “Udnyttelse af vores tidligere udviklede dilationsmetode implementerede vi denne Hamiltonian eksperimentelt ved hjælp af nitrogen-vacancy-defekter i Diamond. Eksistensen af Dirac EP bekræftes ved at observere reelle egenværdier i nærheden af Dirac EP og Eigenstate Degeneracy på selve EP. “
Denne forskningsgruppes vellykkede observation af DIRAC EPS, der bringes af eremitian-lignende symmetri til ikke-hermitiske systemer, kunne snart inspirere nyt eksperimentelt arbejde på området. Disse bestræbelser kunne hjælpe os med bedre at forstå disse nye energi-niveau degeneracies, hvilket potentielt informerer udviklingen af nye, pålidelige tilgange til kontrol af kvantetilstander.
“Dirac EP udviser et unikt reel-værdsat egenværdi-spektrum i dens nærhed og udfordrer den konventionelle forståelse af, at typiske EP’er i sig selv ledsages af komplekse egenværdier,” sagde Rong. “Denne karakteristik muliggør adiabatisk udvikling i ikke-hermitiske systemer, mens den overvinder dissipative effekter, hvilket har et betydeligt løfte om anvendelser i EP-relateret topologisk fysik og kvantekontrolprotokoller.”
Rong og hans kolleger håber, at deres undersøgelse vil udløse yderligere fremskridt inden for ikke-Hermitisk og kvantefysik. I fremtiden kunne deres eksperimentelle observation af DIRAC EPS give kvantefysikere og ingeniører en lovende mulighed for at opnå større kontrol over forskellige avancerede kvanteteknologier, herunder kvantesensorer og computere.
“Gennem DIRAC EPS kan ikke-adiabatiske overgange forbundet med typiske EPS undgås, hvilket vil gøre den eksperimentelle undersøgelse af komplekse geometriske faser mulig,” tilføjede Rong. “Således baner den vellykkede observation af DIRAC EP i vores arbejde vejen mod den eksperimentelle undersøgelse af geometrisk fase i ikke-hermitiske systemer.”