(Phys.org) —Los físicos han demostrado experimentalmente un sistema óptico basado en una clase poco convencional de sistemas mecánicos cuánticos que podría conducir al desarrollo de nuevos dispositivos ópticos cuánticos. El sistema se llama "caminata cuántica simétrica PT, "dado que consta de fotones individuales que ocupan una superposición de estados, llamados paseos cuánticos, que obedecen a la simetría de paridad-tiempo (PT):la propiedad en la que las coordenadas de un sistema en el espacio y el tiempo pueden tener sus signos invertidos sin cambiar inherentemente el sistema.

Los físicos dirigido por Peng Xue en la Universidad del Sureste en Nanjing, han publicado un artículo sobre los paseos cuánticos simétricos PT en un número reciente de Física de la naturaleza .

"Presentamos un trabajo experimental que une tres conceptos:paseos cuánticos no unitarios a un nivel de fotón único, Simetría PT, y estados de borde topológicos que se originan en las fases topológicas de Floquet, "Dijo Xue Phys.org . "Cada uno de estos tres conceptos ha atraído mucha atención en los últimos años en la comunidad científica. La interacción de estos elementos en nuestro sistema experimental sin duda dará lugar a una física rica".

Los nuevos resultados se basan en descubrimientos realizados durante los últimos 20 años con respecto a una nueva clase de sistemas cuánticos llamados hamiltonianos no hermitianos que se desvían de los sistemas cuánticos convencionales. En general, el hamiltoniano de un sistema cuántico, que es una medida de su energía total, debe tener valores propios que sean reales en lugar de números complejos, donde los valores propios están asociados con las propiedades físicas del sistema cuántico. Durante muchas décadas, Se pensaba que los hamiltonianos debían describirse matemáticamente utilizando operadores hermitianos, ya que los hermitianos siempre tienen valores propios reales.

Aunque ser hermitiano es suficiente para que un hamiltoniano tenga valores propios reales, en 1998, los físicos descubrieron que los hamiltonianos pueden ser no hermitianos y aún tener valores propios reales, siempre que obedezcan la simetría PT. Este descubrimiento abrió una clase completamente nueva de sistemas cuánticos para que los físicos los exploraran. En la actualidad, el estudio de sistemas PT simétricos no hermitianos es un área de investigación activa que es prometedora para una variedad de aplicaciones, particularmente en el campo de la óptica.

El nuevo estudio contribuye a esta investigación al demostrar caminatas cuánticas simétricas PT de fotón único. Previamente, Los físicos han investigado teóricamente estos sistemas, pero el nuevo estudio marca la primera demostración experimental debido a los desafíos involucrados en la amplificación de fotones individuales.

"Un paseo cuántico simétrico de PT es una extensión no unitaria del paseo cuántico unitario, que es a su vez una versión mecánica cuántica del paseo aleatorio clásico, "Xue explicó." Así como los hamiltonianos no hermitianos simétricos PT amplían el horizonte de la mecánica cuántica convencional, un paseo cuántico simétrico de PT representa un nuevo tipo de paseo cuántico con características únicas que son bastante diferentes de las de un paseo cuántico unitario ".

Esta demostración, Sucesivamente, llevó a los investigadores a demostrar experimentalmente propiedades exóticas llamadas propiedades topológicas de Floquet en caminatas cuánticas simétricas de PT por primera vez. Los científicos observaron que los estados de borde topológicos de Floquet surgen entre regiones con diferentes propiedades topológicas de volumen, lo que sugiere que estos sistemas contienen intrigantes fenómenos cuánticos que esperan una mayor exploración. Las propiedades topológicas de floquet se caracterizan por un par de números topológicos, y el control de estas propiedades puede conducir al desarrollo de nuevos dispositivos ópticos cuánticos.

"Creo que nuestro trabajo puede conducir a una nueva generación de sistemas simétricos de PT sintéticos, ", Dijo Xue." En los sistemas clásicos simétricos de PT, el progreso reciente puede conducir a aplicaciones en conmutación óptica, modulación, sensores, transferencia de energía inalámbrica, etcétera. Si bien nuestro experimento demuestra los estados topológicos de Floquet (una materia topológica especial con impulsos periódicos en el tiempo) impulsados ​​por la dinámica cuántica simétrica de PT, proporciona una nueva plataforma donde la interacción de la dinámica cuántica simétrica de PT y las propiedades topológicas no solo ofrecen una versión mecánica cuántica de los sistemas simétricos de PT, pero también puede conducir a aplicaciones potenciales en información cuántica, computación cuántica, y detección cuántica ".

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