本網訊（物理與光電工程學院 王棟）日前，安徽大學物理與光電工程學院王坤坤教授與北京計算科學研究中心薛鵬教授團隊、中國科學技術大學易為教授合作，在單光子非厄米量子行走的動力學演化中，通過觀測演化過程中光子的平均手性位移及量子行走動力學淬火過程中動量—時間域的斯格明子結構兩種不同的方式，實現了對非布洛赫(non-Bloch)拓撲數的直接測量。研究成果以“Detecting Non-Bloch Topological Invariants in Quantum Dynamics”為題，在物理學領域知名期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）發表。安徽大學王坤坤教授為文章第一作者，中國科學技術大學李天宇為共同第一作者，北京計算科學研究中心薛鵬教授、中國科學技術大學易為教授為共同通訊作者。

近年來，隨著對量子開放體系中拓撲物相研究的逐步深入，開放體系呈現出諸多區別于封閉系統中的拓撲特性。其中一個經典的案例是非厄米系統中的趨膚效應所引起的體—邊對應關系的破壞（拓撲物態研究的基本原理）。趨膚效應下，非厄米系統中的所有體態與拓撲邊緣態始終局域在體系邊界附近，定義在傳統布里淵區上的布洛赫拓撲不變量與邊緣態的存在不再一一對應。為重新建立非厄米系統中的體邊對應關系，理論研究引入了非布洛赫能帶理論，于廣義布里淵區重新定義出非布洛赫拓撲不變量。在前期的研究中，封閉系統布洛赫拓撲不變量已經被實驗證明可以通過統計矩、平均手性位移和量子淬火中的拓撲結構等方式進行探測。且開放系統中的非厄米趨膚效應的存在以及非布洛赫體邊對應關系的有效性也都得到了實驗證明，但非布洛拓撲數是否存在相應方法對其進行實驗測量依然沒有答案。

王坤坤及其合作者利用線性光學系統，搭建了非厄米量子行走實驗裝置，不僅精確地測量了動力學演化過程中的平均手性位移，還通過實現淬火動力學演化，觀測到了非布洛赫能帶理論下動量時間空間中的斯格明子結構。理論證明前一種測量方式在量子行走步數足夠大時等同于系統中的非布洛赫拓撲繞數，后一種方式通過斯格明子結構也可以確定系統在非布洛赫能帶理論定義下的拓撲相，均是對系統非厄米拓撲數的測量。實驗對比了兩種方式下觀測到的與非布洛赫和布洛赫能帶理論定義下的拓撲數及拓撲相變，充分證明了兩種方法對非布洛赫拓撲數測量的有效性。在淬火過程中，實驗測量系統態的平均自旋分量還觀測到了非布洛赫宇稱—時間對稱性的破缺及非布洛赫奇異點的存在。而且，實驗對系統引入了對稱性保持的靜態和動態兩種不同的微擾，證明了兩種測量非布洛赫拓不變量方式的魯棒性。這一工作是首次在實驗上實現了對于開放系統中非布洛赫拓撲不變量的直接測量，不僅能為非布洛赫能帶理論的成立提供又一有效證據，進一步加深對開放系統拓撲物相的了解，更為對開放系統拓撲物相的研究提供了新的方法。

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https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.270602