武汉物数所等在非平衡量子相变研究中取得新进展

　　近日，中国科学院武汉物理与数学研究所冯芒课题组与浙江大学物理系王浩华课题组、西南科技大学物理学院以及澳大利亚马考瑞大学工程量子体系ARC中心合作，在实验探索量子多体体系的量子相变方面取得进展，其结果发表在《自然•通讯》上。

　　量子多体系统的行为中有一类由量子涨落导致的基态性质或激发态能级结构的突变，表现为二级相变。量子相变与通常的经典相变（如冰变为水）不同，与温度无关，而且与相互作用的细节无关，是大量微观粒子的相互作用与量子涨落竞争的结果。研究量子相变不仅是探索量子多体效应的重要途径，也是量子信息科学目前极为关注的课题。

　　量子相变只有在光与物质的强耦合下才可以被观察到，而目前的实验技术手段难以达到所需的要求。发表在《自然•通讯》上的结果利用一个集成有四个位相量子比特的超导芯片成功地演示了这种从正常相到超辐射相的量子相变，表明在光与物质的弱耦合体系中量子相变也可以被观察到。研究团队发现，施加驱动场之后，原量子体系的宇称出现破缺，相变点由体系的特征频率相关量骤减至体系的特征失谐的相关量。因此，在弱耦合体系中，非平衡量子相变可以发生。这一结果不仅验证该研究团队在两年前提出的非平衡相变方案[New Journal of Physics 15，123032 (2013)]，而且进一步揭示了在退相干影响下的量子相变所展示的量子集体行为，实验观察与理论模拟结果一致。此项研究加深了对宇称破缺影响量子多体行为的认识，也为进一步探索量子多体关联、量子模拟和量子精密测量等打下了坚实的基础。

　　该研究是在科技部国家重大科学研究计划“囚禁单原子（离子）与光耦合体系量子态的操控”和“多重量子相干器件制备、表征及外场调控”等项目支持下完成的。

　　非平衡量子相变示意图，四个超导量子相位比特在微波的驱动下展现了从正常相(Normal phase)到超辐射相(Superradiant phase)的量子相变。