Signatur av exceptionell punktfasövergång i hermitiska system

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

TT Sergeev^1,2,3AA Zyablovsky^1,2,3,4, ES Andrianov^1,2,3, och Yu. E. Lozovik^5,6

¹Dukhov Research Institute of Automatics, 127055, 22 Sushchevskaya, Moskva Ryssland
²Moscow Institute of Physics and Technology, 141700, Institutskiy pereulok 9, Dolgoprudny Moskva-regionen, Ryssland
³Institute for Theoretical and Applied Electromagnetics, 125412, 13 Izhorskaya, Moskva Ryssland
⁴Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics RAS, 125009, 11-7 Mokhovaya, Moskva Ryssland
⁵Institutet för spektroskopi Ryska vetenskapsakademin, 108840, 5 Fizicheskaya, Troitsk, Moskva, Ryssland
⁶MIEM vid National Research University Higher School of Economics, 101000, 20 Myasnitskaya, Moskva, Ryssland

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Exceptional point (EP) är en spektral singularitet i icke-hermitiska system. Att passera över EP leder till en fasövergång, som förser systemet med okonventionella funktioner som har ett brett spektrum av tillämpningar. Behovet av att använda spridningen och förstärkningen begränsar dock de möjliga tillämpningarna av system med EP. I detta arbete demonstrerar vi en existens av signatur av exceptionell punktfasövergång i hermitiska system som är fria från förlust och förstärkning. Vi betraktar ett sammansatt hermitiskt system som inkluderar både två kopplade oscillatorer och deras miljö som endast består av flera tiotals frihetsgrader. Vi visar att dynamiken i ett sådant hermitiskt system visar en övergång, som sker vid kopplingsstyrkan mellan oscillatorer som motsvarar EP i det icke-hermitiska systemet. Denna övergång manifesterar sig även i den icke-markovska regimen av systemdynamiken i vilken kollapser och återupplivningar av energin sker. Sålunda visar vi att fasövergången som inträffar vid passagen över EP i det icke-hermitiska systemet manifesterar sig i det hermitiska systemet hela tiden. Vi diskuterar det experimentella schemat för att observera signaturen av EP-fasövergången i den icke-markovska regimen.

Signatur för exceptionell punktfasövergång i Hermitiska system PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

🇺🇦 Quantum fördömer starkt invasionen av Ukraina 2022, förlusten av människoliv och krigsförbrytelser som åsamkas av ryska styrkor. För mer information om vår policy för publicering av artiklar av författare baserade på ryska institutioner, se det här inlägget.

Populär sammanfattning

En interaktion mellan systemet och en miljö orsakar ett energiutbyte mellan dem. Ibland kortare än Poincares återkomsttid leder energiutbytet till avslappningsprocesser i systemet. Ibland kortare än återkomsttiden anses systemen som interagerar med miljön ofta som icke-hermitiska. Egentillstånden för icke-hermitiska system är inte ömsesidigt ortogonala. Den punkt i rymden av systemparametrar, där några av egentillstånden sammanfaller och deras egenvärden sammanfaller kallas en exceptionell punkt (EP) av icke-hermitiskt system. Passeringen över EP åtföljs av kvalitativa förändringar i egentillstånden, vilket kallas en EP-fasövergång. Ibland längre återkomsttid visar systemdynamiken kollapser och återupplivningar, som beror på omgivningens ändliga storlek. I detta fall är den icke-hermitiska hänsynen inte lämplig och en förekomst av EP-fasövergångar tidigt diskuteras inte.
Vi visar att det finns en signatur för EP-fasövergången vid tidpunkter längre än Poincares återkomsttid. Vi betraktar ett hermitiskt system som inkluderar en miljö som bara består av några tiotals frihetsgrader. Vi visar att dynamiken i ett sådant hermitiskt system visar en signatur för EP-fasövergången ibland både mindre och längre än returtiden. Denna övergång sker vid systemparametrarna som motsvarar EP i det icke-hermitiska systemet. Vi introducerar en ordningsparameter som kännetecknar EP-fasövergången i både de hermitiska och icke-hermitiska systemen. Vi föreslår ett experimentellt schema för att observera signaturen av EP-fasövergång i det hermitiska systemet vid tidpunkter som är större än returtiden. Våra resultat utökar konceptet med EP-fasövergången till de hermitiska systemen.

► BibTeX-data

@article{Sergeev2023signatureof, doi = {10.22331/q-2023-04-17-982}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-04-17-982}, title = {Signatur of exceptionell punktfasövergång i {H}ermitiska system}, författare = {Sergeev, TT och Zyablovsky, AA och Andrianov, ES och Lozovik, Yu. E.}, tidskrift = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, utgivare = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volym = {7}, sidor = {982}, månad = apr, år = {2023} }

► Referenser

[1] CM Bender, S. Boettcher. Verkliga spektra hos icke-hermitiska Hamiltonianer med PT-symmetri, Phys. Rev. Lett. 80(24), 5243 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.80.5243

[2] N. Moiseyev. Icke-ermitisk kvantmekanik, Cambridge University Press (2011).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976186

[3] A. Mostafazadeh. Pseudo-Hermiticitet kontra PT-symmetri: det nödvändiga villkoret för verkligheten av spektrumet av en icke-Hermitian Hamiltonian, J. Math. Phys. 43(1), 205-214 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1418246

[4] MA Miri, A. Alu. Exceptionella poäng inom optik och fotonik, Science 363, 6422 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aar7709

[5] SK Ozdemir, S. Rotter, F. Nori, L. Yang. Paritet-tidssymmetri och exceptionella punkter inom fotonik, Nature Mater. 18, 783 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41563-019-0304-9

[6] MV Berry. Fysik för icke-hermitiska degenerationer, tjeckiska. J. Phys. 54, 1039 (2004).
https:///doi.org/10.1023/B:CJOP.0000044002.05657.04

[7] CM Bender. Att förstå icke-ermitiska Hamiltonians, Rep. Prog. Phys. 70, 947 (2007).
https://doi.org/10.1088/0034-4885/70/6/R03

[8] WD Heiss. De exceptionella punkternas fysik, J. Phys. A 45, 444016 (2012).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/45/44/444016

[9] BB Wei, L. Jin. Universella kritiska beteenden i icke-hermitiska fasövergångar, Sci. Rep. 7, 7165 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07344-z

[10] FE Öztürk, T. Lappe, G. Hellmann, et al. Observation av en icke-hermitisk fasövergång i en optisk kvantgas, Science 372(6537), 88-91 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.abe9869

[11] TT Sergeev, AA Zyablovsky, ES Andrianov, et al. En ny typ av icke-hermitisk fasövergång i öppna system långt från termisk jämvikt, Sci. Rep. 11, 24054 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41598-021-03389-3

[12] AA Zyablovsky, AP Vinogradov, AA Pukhov, AV Dorofeenko, AA Lisyansky. PT-symmetri i optik, fys. Usp. 57, 1063-1082 (2014).
https:///doi.org/10.3367/UFNe.0184.201411b.1177

[13] R. El-Ganainy, KG Makris, M. Khajavikhan, et al. Icke-hermitisk fysik och PT-symmetri, Nat. Phys. 14(1), 11-19 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys4323

[14] S. Longhi. Paritet-tidssymmetri möter fotonik: En ny vändning inom icke-hermitisk optik, Europhys. Lett. 120, 64001 (2018).
https://doi.org/10.1209/0295-5075/120/64001

[15] JB Khurgin. Exceptionella punkter i polaritoniska kaviteter och Fabry–Perot-lasrar med undertröskel, Optica 7(8), 1015-1023 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.397378

[16] AA Zyablovsky, IV Doronin, ES Andrianov, AA Pukhov, YE Lozovik, AP Vinogradov, AA Lisyansky. Exceptionella punkter som lasringsförtrösklar, Laser Photonics Rev. 15, 2000450 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1002 / lpor.202000450

[17] T. Gao, E. Estrecho, KY Bliokh, et al. Observation av icke-hermitiska degenerationer i en kaotisk exciton-polariton biljard, Nature 526, 554 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature15522

[18] D. Zhang, XQ Luo, YP Wang, TF Li, JQ You. Observation av den exceptionella punkten i kavitetsmagnon-polaritoner, Nat. Commun. 8, 1368 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-017-01634-w

[19] GQ Zhang, JQ You. Exceptionell punkt av högre ordning i ett kavitetsmagnonicsystem, Phys. Rev. B 99(5), 054404 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.99.054404

[20] H. Xu, D. Mason, L. Jiang, JGE Harris. Topologisk energiöverföring i ett optomekaniskt system med exceptionella punkter, Nature 537(7618), 80-83 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature18604

[21] J. Zhang, B. Peng, Ş. K. Özdemir, et al. En fononlaser som arbetar på en exceptionell punkt, Nature Photon. 12(8), 479-484 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41566-018-0213-5

[22] YX Wang, AA kontorist. Icke-ermitisk dynamik utan förlust i kvantsystem, fys. Rev. A 99(6), 063834 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.063834

[23] IV Doronin, AA Zyablovsky, ES Andrianov, AA Pukhov, AP Vinogradov. Laser utan inversion på grund av parametrisk instabilitet hos lasern nära den exceptionella punkten, Phys. Rev. A 100, 021801(R) (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.021801

[24] Y.-H. Lai, Y.-K. Lu, M.-G. Suh, Z. Yuan, K. Vahala. Observation av den exceptionella punktförstärkta Sagnac-effekten, Nature 576, 65 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-019-1777-z

[25] H. Hodaei, AU Hassan, S. Wittek, H. Garcia-Gracia, R. El-Ganainy, DN Christodoulides, M. Khajavikhan. Förbättrad känslighet vid exceptionella punkter av högre ordning, Nature 548, 187 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23280

[26] W. Chen, SK Ozdemir, G. Zhao, J. Wiersig, L. Yang. Exceptionella punkter förbättrar avkänning i en optisk mikrokavitet, Nature 548, 192 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23281

[27] J. Wiersig. Förbättra känsligheten för frekvens- och energidelningsdetektering genom att använda exceptionella punkter: applicering på mikrokavitetssensorer för enpartikeldetektering, Phys. Rev. Lett. 112, 203901 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.203901

[28] ZP Liu, J. Zhang, Ş. K. Özdemir, et al. Metrologi med PT-symmetriska kaviteter: ökad känslighet nära PT-fasövergången, Phys. Rev. Lett. 117, 110802 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.110802

[29] AA Zyablovsky, ES Andrianov, AA Pukhov. Parametrisk instabilitet hos optiska icke-hermitiska system nära den exceptionella punkten, Sci. Rep. 6, 29709 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep29709

[30] S. Longhi. Bloch Oscillations in Complex Crystals with PT Symmetry, Phys. Rev. Lett. 103(12), 123601 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.123601

[31] Z. Lin, H. Ramezani, T. Eichelkraut, T. Kottos, H. Cao, DN Christodoulides. Enkelriktad osynlighet inducerad av PT-symmetriska periodiska strukturer, Phys. Rev. Lett. 106(21), 213901 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.213901

[32] KG Makris, R. El-Ganainy, DN Christodoulides, ZH Musslimani. Stråldynamik i PT symmetriska optiska gitter, Phys. Rev. Lett. 100(10), 103904 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.103904

[33] SV Suchkov, AA Sukhorukov, J. Huang, SV Dmitriev, C. Lee, YS Kivshar. Icke-linjär omkoppling och solitoner i PT-symmetriska fotoniska system, Laser Photonics Rev. 10(2), 177-213 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1002 / lpor.201500227

[34] CE Rüter, KG Makris, R. El-Ganainy, DN Christodoulides, M. Segev, D. Kip. Observation av paritet-tidssymmetri i optik, Nat. Phys. 6(3), 192-195 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1515

[35] A. Guo, GJ Salamo, D. Duchesne, et al. Observation av PT-symmetribrott i komplexa optiska potentialer, Phys. Rev. Lett. 103(8), 093902 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.093902

[36] H. Hodaei, M.-A. Miri, M. Heinrich, DN Christodoulidies, M. Khajavikan. Paritet-tid-symmetriska mikroringlasrar, Science 346, 975 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1258480

[37] L. Feng, ZJ Wong, R.-M. Ma, Y. Wang, X. Zhang. Enkellägeslaser genom paritets-tidssymmetribrytning, Science 346, 972 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1258479

[38] B. Peng, Ş. K. Özdemir, M. Liertzer, et al. Kirala lägen och riktningslasring vid exceptionella punkter, Proc. Natl. Acad. Sci. 113(25), 6845-6850 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1603318113

[39] M. Liertzer, L. Ge, A. Cerjan, AD Stone, HE Türeci, S. Rotter. Pump-inducerade exceptionella punkter i lasrar, Phys. Rev. Lett. 108(17), 173901 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.173901

[40] IV Doronin, AA Zyablovsky, ES Andrianov. Stark kopplingsassisterad bildning av koherent strålning under lasringströskeln, Opt. Express 29, 5624 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.417354

[41] J. Wiersig. Utsikter och grundläggande begränsningar i exceptionell punktbaserad avkänning, Nat. Commun. 11, 2454 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16373-8

[42] J. Wiersig. Granskning av exceptionella punktbaserade sensorer, Photonics Res. 8, 1457-1467 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1364 / PRJ.396115

[43] H. Wang, YH Lai, Z. Yuan, MG Suh, K. Vahala. Petermann-faktor känslighetsgräns nära en exceptionell punkt i ett Brillouin ringlasergyroskop, Nat. Commun. 11, 1610 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15341-6

[44] W. Langbein. Ingen exceptionell precision för exceptionella punktsensorer, Phys. Rev. A 98(2), 023805 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.023805

[45] M. Zhang, W. Sweeney, CW Hsu, L. Yang, AD Stone, L. Jiang. Quantum brus theory of exceptional point amplifying sensors, Phys. Rev. Lett. 123(18), 180501 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.180501

[46] C. Chen, L. Zhao. Effekten av termiskt inducerat brus på dubbelkopplad optisk gyroskopsensor runt exceptionell punkt, Opt. Commun. 474, 126108 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.optcom.2020.126108

[47] HK Lau, AA-tjänsteman. Grundläggande gränser och icke-ömsesidiga tillvägagångssätt i icke-hermitisk kvantavkänning, Nature Commun. 9, 4320 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41467-018-06477-7

[48] C. Wolff, C. Tserkezis, NA Mortensen. Om tidsutvecklingen vid en fluktuerande exceptionell punkt, Nanophotonics 8(8), 1319-1326 (2019).
https://doi.org/ 10.1515/nanoph-2019-0036

[49] R. Duggan, SA Mann, A. Alu. Begränsningar av avkänning vid en exceptionell punkt, ACS Photonic 9(5), 1554-1566 (2022).
https:///doi.org/10.1021/acsphotonics.1c01535

[50] H.-P. Breuer, E.-M. Laine, J. Piilo, B. Vacchini. Kollokvium: Icke-markovisk dynamik i öppna kvantsystem, Rev. Mod. Phys. 88, 021002 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.88.021002

[51] I. de Vega, D. Alonso. Dynamik hos icke-markovska öppna kvantsystem, Rev. Mod. Phys. 89, 015001 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.89.015001

[52] MO Scully, MS Zubairy. Quantum optics, Cambridge University Press: Cambridge (1997).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511813993

[53] H. Carmichael. An open systems approach to quantumoptics, Springer-Verlag, Berlin (1991).
https://doi.org/10.1007/978-3-540-47620-7

[54] CW Gardiner, P. Zoller. Kvantbrus: En handbok för markovska och icke-markovska kvantstokastiska metoder med tillämpningar på kvantoptik, Springer-Verlag, Berlin (2004).
https: / / link.springer.com/ book / 9783540223016

[55] TT Sergeev, IV Vovchenko, AA Zyablovsky, ES Andrianov. Miljöstödd stark kopplingsregim, Quantum 6, 684 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-04-13-684

[56] A. Mostafazadeh. Pseudo-Hermiticitet kontra PT-symmetri: Det nödvändiga villkoret för verkligheten av spektrumet av en icke-Hermitian Hamiltonian, J. Math. Phys. 43(1), 205-214 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1418246

[57] LD Landau, LE Lifshitz. Statistisk fysik: Volym 5, Elsevier (1980).
https://www.elsevier.com/books/course-of-theoretical-physics/landau/978-0-08-023038-2

[58] Y. Akahane, T. Asano, B.-S. Song, S. Noda. High-Q fotonisk nanokavitet i en tvådimensionell fotonisk kristall, Nature 425, 944 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature02063

[59] DK Armani, TJ Kippenberg, SM Spillane, KJ Vahala. Ultrahög-Q toroidmikrokavitet på ett chip, Nature 421, 925 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature01371

[60] Y. Akahane, T. Asano, B.-S. Song, S. Noda. Finjusterad hög-Q fotonisk kristall nanokavitet, Opt. Express 13(4), 1202 (2005).
https:///doi.org/10.1364/OPEX.13.001202

[61] T. Tanabe, M. Notomi, E. Kuramochi, A. Shinya, H. Taniyama. Infångning och fördröjning av fotoner i en nanosekund i en ultraliten hög-Q fotonisk kristall nanokavitet, Nature Photon. 1, 49 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2006.51

[62] X.-F. Jiang, C.-L. Zou, L. Wang, Q. Gong, Y.-F. Xiao. Mikrokaviteter med viskande galleri med enkelriktad laseremission, Laser Photonics Rev. 10(1), 40-61 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1002 / lpor.201500163

[63] RJ Schoelkopf, SM Gir. Wiring up quantum systems, Nature 451, 664 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 451664a

[64] AF van Loo, A. Fedorov, K. Lalumière, BC Sanders, A. Blais, A. Wallraff. Fotonförmedlade interaktioner mellan avlägsna artificiella atomer, Science 342, 1494 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1244324

[65] G. Andersson, B. Suri, L. Guo, T. Aref, P. Delsing. Icke-exponentiellt sönderfall av en gigantisk konstgjord atom, Nat. Physics 15, 1123-1127 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41567-019-0605-6

[66] NM Sundaresan, R. Lundgren, G. Zhu, AV Gorshkov, AA Houck. Interagerande qubit-foton bundna tillstånd med supraledande kretsar, Phys. Rev. X 9, 011021 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.9.011021

[67] K. Lalumiere, BC Sanders, AF van Loo, A. Fedorov, A. Wallraff, A. Blais. Input-outputteori för vågledare QED med en ensemble av inhomogena atomer, Phys. Rev. A 88, 043806 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.88.043806

[68] D. Vion, A. Aassime, A. Cottet, et al. Manipulera kvanttillståndet för en elektrisk krets, Science 296, 886 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1069372

[69] J. Koch, TM Yu, J. Gambetta, et al. Laddningsokänslig qubit-design härledd från Cooper-parboxen, Phys. Rev. A 76, 042319 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.042319

[70] VS Ferreira, J. Banker, A. Sipahigil, et al. Kollaps och återupplivande av en artificiell atom kopplad till en strukturerad fotonisk reservoar, Phys. Rev. X 11(4), 041043 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.041043

[71] VI Tatarskii. Exempel på beskrivning av dissipativa processer i termer av reversibla dynamiska ekvationer och några kommentarer till fluktuations-dissipationssatsen, Sov. Phys. Usp. 30(2), 134 (1987).
https://doi.org/10.1070/PU1987v030n02ABEH002811

Citerad av

[1] Bijan Bagchi och Sauvik Sen, "Artificiell Hawking-strålning, svag pseudo-hermiticitet och Weyl semimetal blackhole analogy", Journal of Mathematical Physics 63 12, 122102 (2022).

[2] Artem Mukhamedyanov, Alexander A. Zyablovsky och Evgeny S. Andrianov, "Subthreshold phonon generation in a optomechanical system with a exceptional point", Optics Letters 48 7, 1822 (2023).

Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2023-04-17 13:16:05). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.

Det gick inte att hämta Crossref citerade data under senaste försöket 2023-04-17 13:15:54: Det gick inte att hämta citerade data för 10.22331 / q-2023-04-17-982 från Crossref. Detta är normalt om DOI registrerades nyligen.

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.