PRL导读-2024年133卷08期

“擦除量子比特”中的主要噪声是擦除错误——一种可以检测到其发生和位置的错误。擦除量子比特有可能减少与容错相关的开销。迄今为止，关于擦除量子比特的研究主要集中在量子计算和量子网络应用上。在此，作者考虑了擦除量子比特在量子传感和计量学中的适用性。作者在理论上表明，在相同噪声水平下，擦除量子比特作为传感器或时钟的精度高于非擦除量子比特。作者通过实验验证了这一点，方法是在差分光学晶格钟对比中人工引入擦除错误（以原子损失的形式）或去相位错误，结果观察到在相同的注入错误率下，擦除错误的情况下精度得到了提高。在具有重复测量周期的时钟中，擦除错误可以将稳定性提高两倍。类似的擦除量子比特对传感的好处也可以在其他量子平台上实现，例如里德堡原子和超导量子比特。

（陆龙业）

Quantum Sensing with Erasure Qubits

Pradeep Niroula et al.

Phys. Rev. Lett. 133,080801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.080801

[编辑推荐] 为了在经典时空中实现具有不确定因果顺序的量子过程，输入和输出不能局域在时空中。

Understanding the interface between quantum and relativistic theories is crucial for fundamental and practical advances, especially given that key physical concepts such as causality take different forms in these theories. Bell’s no-go theorem reveals limits on classical processes, arising from relativistic causality principles. Considering whether similar fundamental limits exist on quantum processes, we derive no-go theorems for quantum experiments realizable in classical background spacetimes. We account for general processes allowed by quantum theory, including those with indefinite causal order (ICO), which have also been the subject of recent experiments. Our first theorem implies that realizations of ICO processes that do not violate relativistic causality must involve the nonlocalization of systems in spacetime. The second theorem shows that for any such realization of an ICO process, there exists a more fine-grained description in terms of a definite and acyclic causal order process. This enables a general reconciliation of quantum and relativistic notions of causality and, in particular, applies to experimental realizations of the quantum switch, a prominent ICO process. By showing what is impossible to achieve in classical spacetimes, these no-go results also offer insights into how causality and information processing may differ in future quantum experiments in relativistic regimes beyond classical spacetimes.

Fundamental Limits for Realizing Quantum Processes in Spacetime

V. Vilasini et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 080201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.080201

本文提出了一个可以在量子器件上实现的混合费米子-玻色子系统本征态问题的精确拟设（Ansatz）。基于电子收缩薛定谔方程(CSE)的推广，该方法通过直接测量量子器件上混合CSE的残差，将试探波函数引导到任意混合哈密顿量的基态。与应用于电子-声子或电子-光子系统的密度泛函和耦合簇理论不同，此方法的准确性不受未知交换关联泛函或指数拟设的不受控制形式的限制。为了测试该方法的性能，作者研究了Tavis-Cummings模型，该模型通常用于极化量子化学。研究结果表明，CSE是解决一般费米子-玻色子多体问题的量子算法开发的有力工具。

（刀流云）

Exact Ansatz of Fermion-Boson Systems for a Quantum Device

Samuel Warren et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 080202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.080202

Analog and digital quantum simulators can efficiently simulate quantum many-body systems that appear in natural phenomena. However, experimental limitations of near-term devices still make it challenging to perform the entire process of quantum simulation. The purification-based quantum simulation methods can alleviate the limitations in experiments such as the cooling temperature and noise from the environment, while this method has the drawback that it requires global entangled measurement with a prohibitively large number of measurements that scales exponentially with the system size. In this Letter, we propose that we can overcome these problems by restricting the entangled measurements to the vicinity of the local observables to be measured, when the locality of the system can be exploited. We provide theoretical guarantees that the global purification operation can be replaced with local operations under some conditions, in particular for the task of cooling and error mitigation. We furthermore give a numerical verification that the localized purification is valid even when conditions are not satisfied. Our method bridges the fundamental concept of locality with quantum simulators, and therefore is expected to open a path to unexplored quantum many-body phenomena.

Localized Virtual Purification

Hideaki Hakoshima et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 080601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.080601

一系列轴子暗物质在暴涨后产生，这导致了名为微团的小尺度次级结构的出现。尽管微团可以合并形成微晕，其内在的颗粒性会在银河系的小尺度上留下印迹，这可能会给在地球上直接测量暗物质的活动产生破坏性后果。但当考虑到与星体的相互作用会从微团中潮汐地剥离质量这一事实时，上述图像会发生改变，产生了pc长的潮汐流，其作用是重新填满暗物质分布。本文中作者研究了质量剥离机制能否改变最坏的实验情况，即大部分轴子都被束缚在无法观测的小微团中。作者发现，在平均水平上，由陆地实验在mpc尺度所测得的密度约为平均局域DM密度的70%-90%，且在太阳附近典型点处，作者预计大多数的暗物质是由来自O(10²-10³)重叠流的碎片组成的。如果晕探测器能以足够高的频率分辨率测量轴子信号，那么这些流将被内禀的尖线型谱线表征，与标准假设中光滑而无特色的麦克斯韦型分布产生鲜明对比，此独特预言所构成实验方法可以区分暴涨前后的轴子宇宙学。

Axion Minicluster Streams in the Solar Neighborhood

Ciaran A. J. O’Hare, Giovanni Pierobon, and Javier Redondo

Phys. Rev. Lett. 133, 081001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.081001

作者发现了黑洞形成与坍缩扰动附近类光圆轨道稳定性之间存在联系的证据。作者首先证明在辐射中形成黑洞的压缩函数的临界阈值可由球对称背景中出现首个不稳定圆轨道的临界阈值良好近似。作者还表明，当一个自相似阶段发展到临界时，原初黑洞质量在阈值附近的标度律中临界指数由不稳定轨道Lyapunov系数的逆确定。

Black Hole Formation—Null Geodesic Correspondence

Andrea Ianniccari, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 081401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.081401

[编辑推荐]在某些AdS₂中的量子场论中，从无质量过渡到质量间隙相，被证实是由一个边缘单态算符所引发的。

反德西特空间作为渐进自由理论的红外截断，允许在弱耦合的小尺度区域和强耦合的平坦空间区域之间进行内插。作者从边界共形理论的视角审视了二维理论的内插。作者表明，出现一个边缘单态算符会破坏小尺度存在的无间隙相，引发一个边界重整化群流到一个与平坦空间平滑连接的有间隙相。作者猜想类似的机制适用于规范理论中的禁闭。

Taming Mass Gaps with Anti–de Sitter Space

Christian Copetti, Lorenzo Di Pietro, Ziming Ji, and Shota Komatsu

Phys. Rev. Lett. 133, 081601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.081601

We present a comprehensive study of B⁰ → ω ω decays using 772 × 10⁶   pairs collected with the Belle detector at the KEKB e⁺e⁻collider. This process is a suppressed charmless decay into two vector mesons and can exhibit interesting polarization and C P violation. The decay is observed for the first time with a significance of 7.9 standard deviations. We measure a branching fraction B = (1.53 ± 0.29 ± 0.17 ) × 10 ^{− 6} , a fraction of longitudinal polarization f _L = 0.87 ± 0.13 ± 0.13 , and a time-integrated CP asymmetry A_CP = − 0.44 ± 0.43 ± 0.11 , where the first uncertainties listed are statistical and the second are systematic. This is the first observation of B⁰ → ω ω and the first measurements of f _L and A_CP for this decay.

Measurements of the Branching Fraction, Polarization, and 𝐶𝑃 Asymmetry for the Decay 𝐵⁰→𝜔𝜔

Y. Guan et al. (Belle Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 081801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.081801

利用在位于质心能量范围从3.80到4.95 GeV的BEPCII对撞机上收集的对应着积分亮度为20 fb^-1的数据样本，文章以前所未有的精度给出了对   和   过程的玻恩散射截面的测量。在 G(3900)、ψ(4040)、ψ(4160)、Y (4260))和 ψ (4415) 等D+D等质量范围内，  和   的谱线形状中预测了许多清晰的峰。这些结果为开放粲夸克区的强子产生性质提供了关键的实验见解。

Precise Measurement of Born Cross Sections for    at √𝑠=3.80−4.95  GeV

M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 081901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.081901

[编辑推荐]在RIKEN 的Samurai 谱仪上首次鉴定了不稳定核³⁰F，这对²⁸O 的超流性以及^29,31F 的双中子晕核性质具有重要影响。

利用 SAMURAI 谱仪（RIBF，RIKEN）测量 ³¹Ne 核在 235 MeV/核子下的准自由质子敲除反应，SAMURAI21-NeuLAND 合作组首次在中子衰变道中观测到丰中子的非束缚氟同位素 ³⁰F₂₁。通过测量其不变质量谱，他们确定了 ³⁰F 的质量及其单中子分离能为 𝑆_𝑛 = −472 ± 58(统计) ± 33(系统) keV。³⁰F 的 𝑆_𝑛 没有出现急剧下降，这表明，接近 ²⁸O 时，𝑁=20 “幻数”的壳隙并未恢复，这与壳模型的计算一致，后者预测了中子 𝑑 轨道和 𝑓𝑝 轨道几乎简并，同时 1𝑝_3/2 和 1𝑝_1/2 轨道比 0𝑓_7/2 轨道更为束缚。这种轨道简并和重新排序有两个潜在的后果：²⁸O 表现为中子对跨壳散射的强超流核，同时 ^29,31F 都表现为良好的双中子晕核候选者。

（褚胤涵）

Magicity versus Superfluidity around ²⁸O viewed from the Study of ³⁰F

J. Kahlbow et al. (SAMURAI21-NeuLAND Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 082501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.082501

本文研究了在具有多种碰撞通道的状态下，离子与里德伯原子之间的碰撞动力学。这些通道由非极性的里德伯态和许多高极性的斯塔克态之间的耦合产生。与非极性态相比，极性斯塔克态形成的相互作用势在空间梯度上有很大差异，导致碰撞时间尺度的分离，这已通过原位观察发现。当碰撞能量在𝑘_BμK~𝑘_BK范围内时，动力学与温度的依赖关系违反直觉，导致冷(初始“慢”)系统的碰撞动力学更快。偶极选择定则使我们能够以高度可控的方式在非极性势能面上制备碰撞对，这决定了碰撞通道的占用。实验结果得到半经典模拟的支持，可模拟态的演化，为可调非绝热动力学提供依据。

In Situ Observation of Nonpolar to Strongly Polar Atom-Ion Collision Dynamics

M. Berngruber, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 083001 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083001

[编辑推荐] 有限温度下二维玻色混合物的量子蒙特卡洛模拟揭示了液滴和气相共存。

作者研究了在有限温度下受强横向谐波约束的吸引性玻色混合物中量子液滴的形成。通过严格路径积分蒙特卡洛方法，作者确定了气体和液体的平衡密度，以及沿等温曲线的压力与体积的依赖关系。将准二维构型的状态方程和气液共存区域的计算结果与严格二维的计算结果进行比较，发现了很好的一致性。在纯二维模型中，作者探索了量子尺度异常的相关性，并确定了发生一阶气液转变的临界相互作用强度。此外，作者发现超流响应是在密度从气态跃迁到液态之后突然发生的。

Quantum Droplets in Two-Dimensional Bose Mixtures at Finite Temperature

G. Spada, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 083401 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083401

测量物理可观测值需要对许多全同实验的测量结果进行平均。可能结果的完整分布函数或其傅立叶变换（称为全计数统计）提供了更详细的描述。该方法捕获了多体系统中的基本量子涨落，在量子输运研究中引起广泛关注。在本文中作者提出，尖点奇点在全计数统计是一个新的工具，可以区分有序相和无序相。作为一个具体的例子，作者重点研究了玻色-哈伯德模型中超流到莫特的跃迁。通过解析分析和数值模拟，作者证明当子系统尺度足够大时，全计数统计在超流体相位角的函数中表现出尖点奇点，而在莫特相中则保持平滑。这种不连续性可以解释为不同半经典涡旋构型之间的一阶跃迁。作者预计他们的发现可以很容易地使用最先进的超冷原子和超导量子比特平台进行测试。

Distinguishing Quantum Phases through Cusps in Full Counting Statistics

Chang-Yan Wang, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 083402 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083402

作者发展了非零温度下费米极化子的一般理论，包括费米海振荡的粒子-空穴激发到任意高阶。当具有非正则化的无穷小相互作用强度时，利用Chevy 假设法和图解法推导了谱函数的精确方程组，并阐明它们的等价性仅在自由空间中成立。以一维光学晶格中的费米极化子为例，明确地研究了由双粒子-空穴激发引起的极化子谱函数的修正。作者发现，在低温下，加入双粒子-空穴激发后，极化子能量和衰变率都有定量改善。作者的费米极化子精确理论具有任意阶的粒子-空穴激发，无论是在自由空间还是在晶格内，都可以用来更好地理解二维或三维空间中有趣的极化子动力学响应。

Theory of the Spectral Function of Fermi Polarons at Finite Temperature

Hui Hu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 083403 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083403

作者观察到，随着𝑠波散射长度的增加，弱相互作用费米气体中的光诱导损耗会受到强烈的动态抑制。单个被捕获的雪茄形云在能量空间中表现为具有可调谐海森堡哈密顿量的大自旋晶格。当晶格跃迁到磁化状态时，原子的费米子特性抑制了相互作用，从而出现损耗抑制。通过将自旋依赖的损耗纳入准经典集体自旋矢量模型，可对数据进行定量解释，该模型的成功使有效长程相互作用的光学控制可以应用于该系统。

Collective Dynamical Fermi Suppression of Optically Induced Inelastic Scattering

Camen A. Royse, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 083404 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083404

周期驱动可以调节量子物质的准静态特性。一个著名的例子是振荡电场对隧穿的动态修正。本文通过实验证明，驱动冷原子准晶体的相位子自由度可以连续调节有效准无序度，可逆地转换局域-非局域量子相变。测量结果与无拟合参数的理论预测一致，阐明了一维Aubry-André局域化与相关二维Harper-Hofstadter模型中的动态局域化之间的基本联系。这些结果为量子相变的相干动力学控制开辟了新的实验可能性。

Reversible Phasonic Control of a Quantum Phase Transition in a Quasicrystal

Toshihiko Shimasaki, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 083405 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083405

作者从理论上证明，如果用大自旋磁性原子(如Cr, Er或Dy)的二维莫特绝缘体实现自旋-自旋相互作用，会导致从相干自旋态出发的非平衡幺正演化中出现可扩展的自旋压缩。二次塞曼位移为集体压缩动力学提供一个实验相关的扰动，导致了单个自旋的压缩。利用自旋阵列量子涨落的截断后的累积量展开，作者表明，对于足够小的二次位移，自旋压缩动力学类似于典型的单轴扭转模型产生的动力学―这符合集体自旋和自旋波变量之间的有效分离。作者通过量子蒙特卡洛和平均场理论重建系统的平衡相图，证明可拓展自旋压缩受到二次位移长程铁磁序鲁棒性的保护。

Scalable Spin Squeezing in Two-Dimensional Arrays of Dipolar Large-S Spins

Youssef Trifa and Tommaso Roscilde

Phys. Rev. Lett. 133, 083601 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083601

[Featured in Physics] [编辑推荐] 一种对光子态进行分类的设备可能会成为全光量子计算机的基本组成部分。

量子发射体与单一光学模式的光子相互作用，构成一个一维原子。相干且高效耦合的一维原子具有很大的非线性，使光子量子门成为可能。实现高耦合率(β因子)和低衰减极具挑战。在这里，作者使用开放微腔中的半导体量子点来实现一维原子。在弱激光输入下，作者实现透射消光比达99.2%，伴随束的光子统计为𝑔⁽²⁾(0)=587，显示出相干输入的单光子分量的反射，以及多光子分量的透射。微腔的可调性允许对β进行调整，并提供对光子统计数据(从强聚束到反聚束)和传输光子相位的控制。作者超越了单模Jaynes-Cummings模型，实验与理论很好地一致。作者的结果为创造奇异光子态和双光子相位门铺平了道路。

Realization of a Coherent and Efficient One-Dimensional Atom

Natasha Tomm, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 083602 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083602

通过充分保留相干模式的量子特性，缀饰原子方法为研究原子-激光系统的动力学提供了工具。其标准推导用旋转波近似描述原子-激光的内在演化，这决定了光谱的双重结构和稳态特有的荧光三重态。然而，旋转波近似可能不适用于受飞秒光脉冲影响的原子系统、处于强耦合状态的光-物质系统或有永久偶极矩的系统。这项工作旨在证明稳态级联辐射的一般特征如何受到缀饰原子与传播辐射模式的相互作用的影响。假设满足一组一般假设，作者分析这些特征如何依赖于表征任意原子-激光动力学中缀饰本征态的参数，而不是集中在某个特定的模型上。作者的发现阐明了用缀饰态之间的跃迁来自洽描述级联辐射的一般条件。作者提供了指导方针，以确定任何原子-激光相互作用模型的光子发射特性，当需要定制模型以增强特定的谱线时，这可能特别重要。作者将一般结果应用于使用永久偶极矩产生低能发射的情况，其中频率与Rabi耦合有相同的数量级。

Dressed Atom Revisited: Hamiltonian-Independent Treatment of the Radiative Cascade

Francesco V. Pepe and Karolina Słowik

Phys. Rev. Lett. 133, 083603 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083603

作者展示了一种新型光学丝扭摆(TOP)，利用以前未知的坚韧纤维丝在超高真空中的超软扭转响应，实现了仄牛计量(zepto-Newton-meter，zNm）灵敏度。作者使用三种不同的丝类型，展示了几种微克级的宏观TOPs，使用高达zNm的光扭矩进行校准，显示了6个数量级宽范围的灵敏度。值得注意的是，纳米级直径的捕获丝在低阻尼下表现出约20 fNm/rad的扭转常数，并在许多振荡周期内对低于400 zNm的脉冲有响应。作者分离出低于3.0±0.2 zNm/s的扭矩速度灵敏度，积分时间为小时数量级。作者展示了由定时亚周期脉冲引起的光学扭转阻尼的系统测量，以及低至470 zNm振幅的周期性开关扭矩，与模型模拟的结果在定量上一致。作者的计算表明，100纳米直径的纳米纤维丝可以开辟一条通往亚幺(10^-24)-纳米级灵敏度宏观TOP的途径，从而使丝状传感器在现实世界的超灵敏计量应用中具有吸引力。

All Optical Zepto-Newton-Meter Nanoscale Silk Sensor

Shivali Sokhi and Kamal P. Singh

Phys. Rev. Lett. 133, 083801 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083801

本文报道了具有标量和矢量规范势的合成离散时间异质晶格中的可调时域Goos-Hänchen位移(GHS)的实验证明。通过在两个光纤环路中使用Heaviside函数调制，作者创建了尖锐的规范势界面，观察到全内反射(TIR)的时域GHS，其表现为时间延迟而不是空间偏移。当入射模落入传输区的带隙时，就会发生全内反射，并通过标量势和矢量势发生带移。作者发现标量势和矢量势通过控制穿透倏逝波的衰减(虚部)和振荡(实部)共同决定GHS，与仅由衰减因子决定的传统空间GHS形成鲜明对比。作者还观察到GHS在带隙边缘的发散特性，在那里会发生倏逝波到传播波的转变。本文还展示了有限宽倏逝势垒对抑制全内反射(FTIR)的GHS效应，它在无限宽极限下显示出单界面全内反射情况的饱和特性。最后，作者开发出一种使用多重TIR的累积测量方法，以提高测量更小GHS的精度。该研究开启了对离散时间反射的时域GHS的精确测量，在精确延时控制和测量中具有潜在的应用前景。

Temporal Goos-Hänchen Shift in Synthetic Discrete-Time Heterolattices

Chengzhi Qin, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 083802 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083802

光子对源是光量子系统的关键组成部分。利用Kerr非线性和腔增强自发四波混频，可以在光子集成电路上建立微谐振器来创建芯片级光子对源。在实际应用中，高微谐振器质量因子𝑄是放大光子对光源亮度和减小线宽的必要条件。前者与𝑄⁴成正比，后者与𝑄成反比。在这里，作者展示了一个集成的、基于微谐振器的窄带光子对源。该集成微谐振器由氮化硅制成，采用标准CMOS铸造工艺制造，具有低至0.03 dB/cm的超低损耗和超过10⁷的固有𝑄因子。该光子对源亮度为1.17×10⁹ Hz/mW²/GHz，线宽为25.9 MHz，均为硅光子学量子光源的记录值。它进一步实现了具有预示二阶相关性  =0.0037(5)的预示单光子源，以及原始可见度为0.973(9)的能量-时间纠缠源。作者的工作证明了超低损耗集成光子学在创建新型量子光源和电路、催化高效、紧凑和鲁棒的量子通信和网络接口方面的整体潜力。

Ultralow-Loss Integrated Photonics Enables Bright, Narrowband, Photon-Pair Sources

Ruiyang Chen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 083803 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.083803

我们研究了在矩形通道内爬行流中夹持梁的屈曲。通过精确实验、模拟和理论建模的结合，我们展示了不稳定性如何依赖于压力反馈机制，并以无量纲参数的形式对其进行了合理化。由于梁可以在超过临界流量时弯曲直至触碰上方的墙壁，我们最终展示了该系统如何被用作可调的被动流选择器，在设计的液压回路中有效地重定向流动。

（邱仲普）

Passive Viscous Flow Selection via Fluid-Induced Buckling

Hemanshul Garg, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 084001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.084001

加速器性能参数的优化受到众多参数的限制，要在未知系统中找到优化目标的适当平衡极具挑战性。F. Irshad等人的研究证明了多目标贝叶斯优化能够以非常高效的采样方式映射激光尾场加速器（LWFA）的解空间。研究发现，在相似激光到束流效率条件下存在广泛的Pareto最优解，以权衡束流能量和电荷。此外，许多应用（如光源等）都需要一定能量的粒子束。F. Irshad等人通过同时调节8个参数，实现了LWFA在150 ~ 400 MeV能量范围内的精确调谐。为了进一步推进这一应用案例，其提出了一种反向模型，允许用户指定所需的束参数。该模型基于前向高斯过程模型进行训练，生成可能达到预期设定的输入参数值范围。该方法揭示了不同的加速器调谐策略，有望在不久的将来极大地促进LWFAs的运行。

（杨宁）

Pareto Optimization and Tuning of a Laser Wakefield Accelerator

F. Irshad et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 085001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.085001

驱动-耗散物理学是量子光学的核心。然而，在固态领域，受驱动量子多体系统与其环境之间的全面相互作用仍相对缺乏探索。在本文中，作者基于受驱动超导体的具体例子，超越了常用的频闪哈密顿图，对这种相互作用进行了研究。利用Shirley-Floquet和Keldysh公式以及对驱动情况下超导适性概念的概括，展示了从热浴的角度来看，与超导间隙算子反交的驱动如何在谱函数中诱导出反常的粒子-空穴结构。伴随着与底层相互作用的固有截止频率接近共振的驱动频率，这种光谱结构可被用来提高超导转变温度。该工作为进一步研究固态系统中奇异物相的驱动-耗散工程铺平了道路。

（郭恺怡）

Decoding the Drive-Bath Interplay: A Guideline to Enhance Superconductivity

Rui Lin, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086001

作者利用非互惠定向二色性观察了具有代表性的准一维 S=1/2 量子反铁磁体 BaCu₂Si₂O₇ 中的反铁磁畴，这种观察可以区分一对反铁磁畴的光学吸收。本文发现，在一个单晶样品中并存着对立的反铁磁畴，每个畴的大小约为亚毫米级，畴壁主要沿着自旋链运行。作者还证明，通过磁电耦合，畴壁可以在外加电场的作用下移动，并且在移动过程中畴壁的方向保持不变。作者用交换相互作用的准一维性质来解释畴壁的各向异性。这将有助于理解准一维量子反铁磁体的畴物理。

（郭恺怡）

Imaging and Control of Magnetic Domains in a Quasi-One-Dimensional Quantum Antiferromagnet BaCu₂Si₂O₇

Masato Moromizato, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086701 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086701

[编辑推荐] 非厄米费米-狄拉克分布提供了一个计算耗散超导结和其他处于平衡状态的非厄米系统中持续电流的框架。

持续电流可以在不需要外部电源的情况下连续循环。作者将持续电流的理论扩展到非厄米量子哈密顿量框架内，以包含耗散效应。利用格林函数形式化方法，作者引入了一个非厄米费米-狄拉克分布，并推导出了仅依赖于复数谱的持续电流的解析表达式。作者将公式应用于两个支持持续电流的耗散模型：(i) 一个相位偏置的超导-正常-超导结；(ii) 一个被磁通量穿过的正常环。研究表明，在这两种系统中，持续电流在任何出现的奇异点上都没有异常现象，这些奇异点的特征仅能在电流响应函数中被辨识出来。作者通过精确对角化验证了他们的发现，并将其推广以考虑有限温度和相互作用效应。本文所研究的体系提供了一个计算非厄米系统在平衡状态下量子多体可观测量的一般框架，并有可能扩展到非平衡系统。

（马润宇）

Non-Hermitian Fermi-Dirac Distribution in Persistent Current Transport

Pei-Xin Shen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086301

手性选择性光学力因其能够为分离手性物体提供一种非侵入性的手段而引起了广泛关注。增强手性选择性光学力的一个有前景的方法是使电场和磁场在空间上重叠并增强，从而创建巨大的超手性场。在此，作者利用由不对称硅二聚体组成的元表面，这些二聚体支持连续谱中的两种不同的准束缚态（准BICs）。通过精确设计这些准BICs，作者在它们接近反交叉点的位置实现了电场和磁场几乎完全的空间重叠，导致超手性场显著增强了10⁴倍。因此，作用在单个分子上的手性选择性光学力表现出显著增加，其大小可达pN/mWμm²。此外，通过围绕反交叉点旋转，可以切换超手性场和手性选择性光学力的手性。最后，本文分析了准BIC辅助的手性分离的动力学，强调了其在手性传感和分离、圆二色谱和药理学中的潜在应用。

（马润宇）

Harnessing Enantioselective Optical Forces by Quasibound States in the Continuum

Renchao Jin, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086901

密度泛函理论(DFT)计算产生有用的基态能量和密度，而格林函数技术(如GW)主要用于产生谱函数。从Galitskii-Migdal公式中，作者直接从格林函数中提取了DFT的交换关联。这种谱表示为DFT的涨落耗散定理提供了另一种选择，识别了不同的单粒子和多粒子贡献。作者用均匀电子气体和双点Hubbard模型作为示例进行结果了展示。

（郭婷）

Exchange-Correlation Energy from Green’s Functions

Steven Crisostomo, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086401

利用二次谐波产生光谱技术，在二硫化钼单层中发现了一个新的暗激子。因此，光谱相关的二次谐波产生强度分裂成两个分支，并且在从亮中性激子失谐的25 meV左右处观察到反交叉。这些观察结果表明，相干量子干涉是由强双光子光物质相互作用与激子态引起的，而激子态在单光子相互作用中是暗的。暗态是通过设计其弛豫到亮的局域激子来实现的，由近端纳米束腔的振动模式介导。作者表明，涉及暗态的双光子光物质相互作用有可能控制由纳米结构局部环境引起的弛豫途径。此外，作者的研究结果表明，基于暗激子的非平凡激子光物理，其在非线性量子器件中具有重要的潜力。

（郭婷）

Probing Dark Excitons in Monolayer MoS₂ by Nonlinear Two-Photon Spectroscopy

Chenjiang Qian, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086902

由于强关联效应，层状过渡金属二硫化物的莫尔超晶格被证明具有周期性电子晶体。这些电子晶体也可能与复杂的磁性现象交织在一起。在这篇文章中，作者介绍了作者对莫尔交换效应的发现，莫尔条纹交换效应是由排列良好的 WSe₂/WS₂ 异质双层内的电子晶体对局部磁矩的调制引起的。采用偏振分辨磁光光谱法，作者揭示了每个莫尔晶胞 (v=−1）附近一个孔附近的高能激子共振，它拥有一个巨大的 g 因子，比该异质结构中 WSe₂A 激子已经非常大的 g 因子大几倍。在连续模型计算的支持下，发现这些高能态是通过莫尔简约布里渊区的 Umklapp 散射变亮的暗激子。当载流子在 v=−1 附近形成莫特绝缘态时，掺杂载流子和激子之间的库仑交换会形成具有莫尔周期性的有效磁场。这种莫尔交换效应导致了观察到 Umklapp 态的巨大 g 因子。

（温博阳）

Moiré Exchange Effect in Twisted WSe₂ =WS₂ Heterobilayer

Jiayi Zhu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086501

在某些对称性破缺的条件下，超导系统表现出不对称的临界电流，称为“超导二极管效应”。最近，具有理想超导二极管效率或单向超导性的系统受到了相当大的关注。在这项工作中，研究人员报道了 Al-InAs 纳米线-Al Josephson 结在微波照射和磁场下的研究。作者观察到微波驱动下超导二极管效应的增强，其特点是电压-电流特性中零电压阶跃的水平偏移随微波功率的增加而增加。器件在足够高的驱动幅度下达到单向超导状态。偏移量会随着磁场方向的反转而改变符号。同时，当功率和磁场都很大时，偏移幅度对微波功率（以 dBm 为单位）表现出大致线性响应。观察到的特征让人想起最近使用电阻分流结 （RSJ） 模型的理论提议。然而，RSJ 模型并不能完全解释实验结果，这表明了单向超导的新机制，这可能与周期性驱动超导系统中的非平衡动力学或耗散有关。

（温博阳）

Microwave-Assisted Unidirectional Superconductivity in Al-InAs Nanowire-Al Junctions under Magnetic Fields

Haitian Su, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 087001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.087001

作者研究了超越线性响应的一维强关联费米子链中的输运。从基态上具有正动量的高斯波包出发，作者发现数值时间演化将信号分裂为至少三个不同的以不同速度运动的分数电荷。从传统的Luttinger液体理论中，期望有一个分数的向左移动的电荷，但对于预测两个单独的向右移动的波包，也必须考虑色散的非线性。因此，这种非平衡规定允许直接测量非线性相互作用参数，这也控制了动态响应函数的阈值奇点。非线性Luttinger液体理论也预测了低能量下正确的动力学，它与传统的Luttinger液体一致。此外，在高能量下，波包动力学揭示了包含双粒子束缚态的复合激发态的特征。作者的结果揭示了一个简单的策略来探测在量子线和超低温原子平台上的时间分辨实验中的非线性状态。

(刘然)

Nonlinear Effects on Charge Fractionalization in Critical Chains

Flávia B. Ramos, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086502

本文采用拓扑材料设计概念，通过2D拓扑绝缘体层的不同范德华堆叠来选择3D晶体的体态拓扑，并通过角分辨光电子能谱（ARPES）、密度泛函理论（DFT）计算和电阻率测量，发现铋卤化物Bi₄Br₂I₂是一种理想的弱拓扑绝缘体（WTI），在所有WTI候选材料中具有最大的能隙（约300 meV）。此外，作者通过钾沉积实验揭示了WTI的拓扑表面态并不是“弱”的，而是相当稳健，能够抵抗外部扰动，这与最初的理论预测相反。文章的结果极大地扩展了具有稳健WTI的基础研究和设备应用的未来机会。

（范增辉）

Robust Weak Topological Insulator in the Bismuth Halide Bi₄Br₂I₂

Ryo Noguchi, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086602

通过更高的中心电荷的消失可以检验玻色子拓扑序能隙边界的存在，而这可以通过模块数据很容易的计算验证。对于费米子拓扑序，即使是手性中心电荷也无法用模块数据简易地表达。作者利用模块数据形成的一致性开发了一种方法来测试费米子拓扑序的更高的中心电荷（包括手性中心电荷）是否消失。该测试可以完全根据描述费米子拓扑序的超模张量范畴的模块数据进行，不需要显式计算模块扩展。这为费米子拓扑序引入能隙边界提供了一组严格的、易于计算的必要条件。此外，作者还在一些已知的费米子拓扑序的例子中进行测试，以确定其中是否可能存在间隙边界。

（贾子璇）

Gapped Boundaries of Fermionic Topological Orders and Higher Central Charges

Minyoung You

Phys. Rev. Lett. 133, 086601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086601

[编辑推荐]研究人员预测，反铁磁电子相互作用可以在蜂窝晶格中诱发变磁，从而导致反常霍尔效应。

虽然交替磁性材料的特征是净磁矩消失，但它们的对称性在原则上允许存在反常霍尔效应。作者引入了一个具有互磁性的模型，其中反常霍尔效应的出现是由相互作用驱动的。该模型是基于一个改进的具有反铁磁自旋-自旋关联的 Kane-Mele框架。量子蒙特卡罗模拟表明，系统经历了一个有限的温度相变，由一个主要的反铁磁序参量和一个Haldane型的次序参量控制。这两种序的出现使系统的金属状态从半填充变成了具有有限反常霍尔电导率的交流磁铁。平均场分析证实了这些结果，为具有有限贝里曲率的相关诱导交替磁体的研究铺平了道路。

（段青卓）

Altermagnetic Anomalous Hall Effect Emerging from Electronic Correlations

Toshihiro Sato, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 086503 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.086503

[Featured in Physics] [编辑推荐]研究人员在软颗粒材料的实验中可通过扩展适用于硬颗粒材料的既定框架来推导出这些材料的流变学特征。

使用定制的压力和体积控制的流变仪，研究了非布朗软球悬浮液的流变特性，不仅可以跨越阻塞，还可以跨越粘性和惯性区域。研究表明，通过将临界体积分数和摩擦系数重新归一化为压力相关的数值，并增加黏性和惯性应力的尺度，可以将硬球悬浮液的颗粒流变学扩展到软颗粒流变学(SGranR)。这种SGranR包含了阻塞转变两侧的流变行为，导致流变数据在与阻塞距离成比例时近似地崩溃为两个分支，正如在软胶体中观察到的那样。

（张一鸣）

Rheology of Suspensions of Non-Brownian Soft Spheres across the Jamming and Viscous-to-Inertial Transitions

F. Tapia et al

Phys. Rev. Lett. 133, 088201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.088201

压力驱动的粗化触发了液体泡沫中的气泡重排。C. Guidolin等人的实验表明，改变连续相的流变性可以改变这些内部气泡动力学而不影响粗化动力学。通过气泡追踪，他们发现提高基体屈服应力可以使气泡在没有应力弛豫的情况下通过近邻交换事件长大，从而促进更多的空间均匀重排，并使气泡长大与流动性脱钩。这最终导致结构变化，直接影响泡沫的机械和稳定性能，这对于在各种技术和工业环境中的应用至关重要。

（张一鸣）

Matrix Viscoelasticity Decouples Bubble Growth and Mobility in Coarsening Foams

C. Guidolin et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 088202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.088202

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