物理学家利用空间和时间对称性来控制量子材料

来自埃克塞特和特隆赫姆的物理学家开发出了一种理论，描述了如何利用空间反射和时间反转对称性，从而更好地控制量子材料内的传输和相关性。

来自埃克塞特大学（英国）和挪威科技大学（位于挪威特隆赫姆）的两位理论物理学家建立了一个量子理论，描述了一系列满足空间反射和时间反转对称性的量子谐振器。他们展示了这种链的不同量子阶段如何与显着现象相关联，这可能有助于设计依赖强相关性的未来量子设备。

物理学中的一个常见区别是开放系统和封闭系统。封闭系统与任何外部环境隔离，因此能量是守恒的，因为它无处可逃。开放系统与外部世界相连，通过与环境的交流，它们会受到能量增益和能量损失的影响。还有一个重要的第三种情况。当流入和流出系统的能量得到很好的平衡时，就会出现打开和关闭之间的中间情况。当系统遵循空间和时间的组合对称性时，即（1）左右切换和（2）翻转时间箭头使系统基本保持不变时，就会发生这种平衡。

谐振器量子链的相位服从空间反射和时间反转对称。

在他们的最新研究中，唐宁和萨罗卡讨论了满足空间反射和时间反转对称性的谐振器量子链的相位。主要有两个感兴趣的阶段，一个平凡的阶段（伴随着直觉物理学）和一个非平凡的阶段（以惊人的物理学为标志）。这两个阶段之间的边界有一个特殊的点。研究人员已经找到了具有任意数量谐振器的链的这些异常点的位置，从而深入了解遵守这些对称性的量子系统的扩展。重要的是，非平凡的阶段允许非常规的传输效应和强量子相关性，这可用于在纳米级长度尺度上控制光的行为和传播。

这项理论研究可能有助于低维量子材料中光的产生、操纵和控制，以期构建基于光的设备，利用光子（光的粒子）作为大小约为十亿分之一米的主力。

埃克塞特大学的查尔斯唐宁评论说：“我们在开放量子系统中的奇偶时间对称性方面的工作进一步强调了对称性如何巩固我们对物理世界的理解，以及我们如何从中受益”。

来自挪威科技大学的Vasil Saroka补充说：“我们希望我们在奇偶时间对称性方面的理论工作能够激发这一激动人心的物理学领域的进一步实验研究”。

“低聚物链中的特殊点”发表在《通信物理》（Communications Physics）上。

相关链接：https://phys.org/news/2021-12-physicists-exploit-space-symmetries-quantum.html