大湾区大学（筹）物质科学学院程俊青青年研究员与中山大学物理学院的姚道新教授和阴帅副教授合作，在非厄米格点规范中的局域化理论研究中取得新进展。通过研究一维Z2格点规范理论中的费米子的非平衡动力学行为，揭示了非厄米趋肤效应，非厄米局域化相变，实复相变等现象，还提出了新的物态形式：非厄米量子解纠缠液体。2024年2月21日，该成果以“Dynamical localization transition in the non-Hermitian lattice gauge theory”为题发表在物理一区Top期刊《通讯物理》 (Communications Physics 7, 58 (2024))。

研究背景

       格点规范理论在凝聚态物理的多体系统研究中获得了诸多应用，例如量子磁体、高温超导体和量子模拟的格点规范描述。格点规范理论中固有的局部规范对称性产生了大量的守恒量，使其成为研究非无序诱导的局域化的重要平台。目前，在超冷原子、超导体电路和里德堡原子阵列等实验中，已经成功实现了Z2格点规范理论的模拟。近年来，非厄米物理由于具有多种超越厄米系统的物理特性而受到广泛关注。其中，非厄米和无序的共同作用会导致局域化-去局域化的相变出现，因此，理解非厄米格点规范理论体系的局域化机理及其潜在的独特物理机制显得尤为重要。

研究结果

图一：一维具有非互易跳跃的费米子通过自旋1/2链接的系统图像，其中格点代表费米子，自旋1/2处于链接上。

图二：非厄米量子解纠缠液体的特征

（a）模型的分割方式。（b-d）局域化相中，费米子和自旋两个子系统的量子互信息分别满足面积定律和体积定律。

（e-g）去局域化相中，费米子和自旋两个子系统的量子互信息分别满足面积定律和体积定律。

       研究团队将非厄米特性引入一维具有Z2规范对称性的费米子系统中，如图一所示，通过对系统淬火，研究其非平衡动力学行为。该团队揭示了非厄米性和Z2规范场的共同作用下，费米子产生的非厄米趋肤效应、非无序诱导的局域化-去局域化的动力学相变以及本征能量的实复相变等现象。在这些基础上，研究团队进一步提出了一种新的物态形式，非厄米量子解纠缠液体。从纠缠的角度来看，多个子系统可能表现出不同的动力学行为，其中一些子系统经历了热化，而另一些则没有，这种物态被称为量子解纠缠液体。在局域化相中，费米子的量子互信息满足面积定律（area law），而自旋系统的量子互信息满足体积定律（volume law）（如图二（b-d）所示），确定Z2规范场诱导产生了量子解纠缠液体。在去局域化相中，如图二（e-g）所示，费米子和自选依旧分别满足面积定律和体积定律，表明量子解纠缠液体还存在于去局域化相中。与局域化相不同的是，去局域化相中，非厄米趋肤效应是产生量子解纠缠液体的主因。另外，通过研究两个子系统的量子互信息的非平衡动力学，还观察到非厄米性诱导量子信息由费米子系统流入自旋系统，为实验实现量子关联态的制备和控制提供了新思路。

       程俊青青年研究员为论文的第一作者，大湾区大学（筹）物质科学学院及东莞市大湾区高等研究院为本论文的第二和第三单位。程俊青青年研究员得到了国家自然科学基金和东莞市先进材料人工智能设计重点实验室的资助。

       原文论文链接：https://www.nature.com/articles/s42005-024-01544-6