由香港科技大学（科大）领导的科研团队，近日通过使用超冷费米子在二维空间中进行了有关非厄米趋肤效应的量子模拟，并取得了突破性进展，标志着量子物理研究的重要进步。
量子力学通常考虑一个与其环境良好隔离的系统，可以描述从固体中的电子行为到量子设备中的信息处理等普遍现象。这种描述通常需要一个实值可观察量，具体来说，就是一个厄米模型（哈密顿量）。然而，当量子系统与其环境交换粒子和能量时，可以保证具有实特征值和能量守恒的模型的厄米性质就会被破坏。这样的开放量子系统可以通过非厄米哈密顿量有效描述，并提供了对量子信息处理、曲面空间、非平凡拓扑相位甚至黑洞等领域的关键见解。然而，关于非厄米量子动力学，尤其是在高维度情况下，仍有许多问题尚未解答。
与北京大学（北大）合作，来自两所大學的物理学家们模拟了一个引人入胜的现象——非厄米趋肤效应（NHSE），该效应涉及将特征态积聚在开放系统的边界。这一成功的演示标志着关键的进展，因为先前对非厄米趋肤效应的实验实现仅限于较低维度或经典系统，而不是量子系统。
这一发现于2025年1月8日发表在《自然》期刊上。该研究由科大物理学系曹圭鹏教授领导，在自旋轨道耦合的光晶格中为超冷费米子创建了一个具有可调耗散的二维非厄米拓扑带，揭示了非厄米趋肤效应。
曹教授表示：「我们的工作揭示了一个引人入胜的系统，使我们可以探索非厄米性如何与对称性和拓扑相互作用。」曹教授说：「我们的实验自然地成为了一个量子多体系统而非经典系统，从而开辟了使用带有耗散的超冷费米子进行非厄米量子动力学研究的途径。」
团队另一位领导人、北大教授刘雄军补充说：「高维度的非厄米趋肤效应与曲面、黑洞、量子信息和高阶拓扑相位等基本厄米情景的相互作用需要在超越一维范畴的多体系统中进行探索。我们系统的高度控制性使其成为一个用于探索高维度的非厄米现象地多功能平台，同时也为我们提供了对凝聚态物理和超冷原子领域之外的奇特量子物理的理解。」
团队强调对非厄米趋肤效应的完全理解仍然并不完善，一些关键问题仍未解答：「非厄米趋肤效应是否有一个普遍的拓扑解释？」以及「拓扑有多大程度上决定了其存在或不存在？」曹教授补充说：「这项研究为探索这些问题奠定了基础。」
