由香港科技大學（科大）領導的科研團隊，近日通過使用超冷費米子在二維空間中進行了有關非厄米趨膚效應的量子模擬，並取得了突破性進展，標誌着量子物理研究的重要進步。
量子力學通常考慮一個與其環境良好隔離的系統，可以描述從固體中的電子行為到量子設備中的信息處理等普遍現象。這種描述通常需要一個實值可觀察量，具體來說，就是一個厄米模型（哈密頓量）。然而，當量子系統與其環境交換粒子和能量時，可以保證具有實特徵值和能量守恆的模型的厄米性質就會被破壞。這樣的開放量子系統可以通過非厄米哈密頓量有效描述，並提供了對量子信息處理、曲面空間、非平凡拓撲相位甚至黑洞等領域的關鍵見解。然而，關於非厄米量子動力學，尤其是在高維度情況下，仍有許多問題尚未解答。
與北京大學（北大）合作，來自兩所大學的物理學家們摸擬了一個引人入勝的現象——非厄米趨膚效應（NHSE），該效應涉及將特徵態積聚在開放系統的邊界。這一成功的演示標誌着關鍵的進展，因為先前對非厄米趨膚效應的實驗實現僅限於較低維度或經典系統，而不是量子系統。
這一發現於2025年1月8日發表在《自然》期刊上。該研究由科大物理學系曹圭鵬教授領導，在自旋軌道耦合的光晶格中為超冷費米子創建了一個具有可調耗散的二維非厄米拓撲帶，揭示了非厄米趨膚效應。
曹教授表示：「我們的工作揭示了一個引人入勝的系統，使我們可以探索非厄米性如何與對稱性和拓撲相互作用。」曹教授說：「我們的實驗自然地成為了一個量子多體系統而非經典系統，從而開闢了使用帶有耗散的超冷費米子進行非厄米量子動力學研究的途徑。」
團隊另一位領導人、北大教授劉雄軍補充說：「高維度的非厄米趨膚效應與曲面、黑洞、量子信息和高階拓撲相位等基本厄米情景的相互作用需要在超越一維範疇的多體系統中進行探索。我們系統的高度控制性使其成為一個用於探索高維度的非厄米現象地多功能平台，同時也為我們提供了對凝聚態物理和超冷原子領域之外的奇特量子物理的理解。」
團隊強調對非厄米趨膚效應的完全理解仍然並不完善，一些關鍵問題仍未解答：「非厄米趨膚效應是否有一個普遍的拓撲解釋？」以及「拓撲有多大程度上決定了其存在或不存在？」曹教授補充說：「這項研究為探索這些問題奠定了基礎。」
