近日，肖艳红教授课题组在宇称时间反对称的非厄密光学体系研究中取得重要进展，实现了环境热库辅助下的量子噪声关联，文章以“Reservoir-mediated quantum correlations in non-Hermitian optical system”为题于2020年1月22日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

在传统量子力学中，物理观测量所对应的算符是定义在希尔伯特空间上的厄密算符，哈密顿量的厄密性对应一个体系的独立性和保守性。而现实世界中，体系与环境总是存在着能量和粒子交换，非厄密量子力学作为厄密量子力学的补充一直受到学术界的关注。1998年，Bender和Boettcher指出满足宇称时间（PT）对称的非厄密哈密顿量在特定参数区间可具有实数本征值。自此，人们开始了光学体系中宇称时间对称性的研究。由于实验中一般存在光增益和损耗，其相应的与环境热库间的耗散性耦合破坏了体系的量子特性，因此，以往非厄密光学的研究局限于体系的经典性质，而量子现象很少被涉及。

本文中，作者在课题组前期的宇称时间反对称（anti-PT）非厄密光学研究（Nature Physics 2016）的基础上，巧妙改变光与原子的耦合方式，利用两个空间分开的光通道中控制光和探测光（量子光场）的相反偏振，使两个光通道在原子运动建立的等效“反馈”下形成一个相位敏感的非线性过程 （图1）。该过程的效果可类比于传统非线性光学中的参量下转换，因此可以产生类似那里的“信号光”和“闲频光”之间的量子关联， 只是这里对应的两束弱探测光分别位于空间分离的两个光斑中，且他们之间的耦合借助了铷原子蒸气池中无光照区域（暗区域，即环境热库）中的原子作为媒介。本文定量地研究了量子关联和anti-PT相变点的关系，发现在相变点附近量子关联变化较快（图2），并观察到了原子自旋波的同步，光增益等有趣的物理现象，这些将在新型量子光源，光调控和多体量子模拟中具有应用前景。

我系博士生曹晚霞、鲁兴达为本文共同第一作者，肖艳红教授和牛津大学申恒博士为共同通讯作者，其他作者还包括同一课题组的我系孟欣和孙健同学。该项目受到国家科技部重点研发计划和国家自然科学基金的资助。

图1：实验装置和原理图

图2：量子关联和相变点（Exceptional point）的关系