PT对称无序导致的虫洞物理和增强隧穿效应

科研进展

在过去的几年里，人们付出了巨大的努力来寻找这样的量子力学系统：由两个完全相同的子系统组成，尽管子系统们在经典层面是互不相连，但可以通过量子力学效应相互交流。此类模型最初是受到了量子引力和弦理论中重要问题的启发，但也能在其他科学领域得到应用。例如，可以认为这种模型能够实现量子隐态传送以及由量子效应控制的其他类型通信，它并没有经典的类似物。

人们很快意识到，无序量子系统是实现这类模型的一种可行方案。无序的含义在于让模型定义中的耦合常数成为随机数以便模拟杂质。如果再额外要求这两个子系统具有完全相同的无序，则可以证明某种形式的量子通信是可能的。然而，过往文献的所有结果表明了量子通信是一种次主导现象，即当系统具有许多自由度时，它是一种不可见的现象。

在最近发表在Phys.Rev. Lett.的研究中， Garcia Garcia教授与以色列，美国和韩国的研究人员一起，构造并分析了第一个明确反例：当系统具有许多自由时，该反例中的这些通信效应占主导地位。之前所有尝试中都缺失了的关键因素，是使模型非厄米化但具有PT对称性，如此量子力学系统中大多数良好特征依然存在，例如有效的酉演化。可以把后一种性质当做耗散的一个特例，即系统通过其动力学耗散能量的物理场景。该小组明确证明，通过允许耗散，两个系统能够通过量子力学效应进行通信，当两个系统由许多自由度组成时，这种方式仍然占主导地位。

PCS研究人员的这些发现在几个不同的领域具有潜在的影响。首先，这一结果代表了解决量子引力中“信息悖论”途中的一步，即协调黑洞蒸发过程与量子力学所要求的酉性的问题。在更具体的层面，这为在量子多体系统中寻找孤立状态的第一批例子铺平了道路，这些孤立状态即使在存在耗散的情况下也能够逃避热化（即所谓的多体疤痕）。此外，该结果与量子同步现象有着惊人的相似之处，并可能引导出多体情况下量子同步的第一批例子。尽管是最近出版的，但它受到了同行的关注并得到了二十多次引用。

这个非厄米SYK模型的本征值密度是通过精确对角化得到的，该模型由两个量子点和60个Majorana粒子组成，这些Majorana粒子受到无穷远的四体相互作用的影响

相关研究成果以“Dominance of Replica Off-Diagonal Configurations and Phase Transitions in a PT Symmetric Sachdev-Ye-Kitaev Model”为题发表在《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 128, 081601 (2022))。该论文由上海交通大学物理与天文学院Antonio M. García-García教授，与来自韩国科学技术院的Dario Rosa教授和石溪大学的贾抑扬及其导师Jacobus J. M. Verbaarschot教授合作共同发表。该工作得到了上海市人才计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、National Research Foundation、the Institute for Basic Science和U.S. Department of Energy Grant的支持。

论文链接（点击阅读原文）：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.081601

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来源：凝聚态物理研究所

图文编辑：胡泽心

责任编辑：叶丹、朱敏