如何构建反PT对称系统

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宇称-时间对称(Parity-time symmetry, PT)是量子力学和非厄米物理中的基本概念，用于描述一类哈密顿量在宇称-时间对称操作下不变的非厄米系统。将PT对称引入光学体系，已为非厄米光场调控提供了新的机制，并在微纳激光、传感和导光方面取得了广泛应用。典型的PT对称系统是由一对具有平衡增益/损耗的光学微腔或波导耦合而成。与PT对称相对应，近年来反宇称-时间对称(Anti-parity-time symmetry, Anti-PT)系统的研究也开始兴起。典型的反PT对称系统是由一对具有频率失谐的微腔通过耗散耦合(虚数耦合因子)形成。早期关于反PT对称的研究主要集中于热学、电路和冷原子体系，直到最近人们才在光学系统中采用光学非线性或间接耗散耦合实现反PT对称；然而这两种方案均依赖复杂的辅助波导/微腔等组件的设计。此外，光学体系的本征频率也难以调谐，也为反PT对称系统的构建也带来了挑战。
　　在这项研究中，研究团队提出了一种光子磁通量辅助的直接耦合方案构造反PT对称。光子磁通量指的是能与光子相互作用的等效磁场。光子等效磁场是拓扑光子学中的概念，其构建等不仅可以用于模拟光子Aharonov-Bohm(AB)效应，量子霍尔效应，光学拓扑绝缘体，而且在实现光学非互易传输，无需全反射的光学波导等方面有着不可替代的作用。然而，之前的研究并没有揭示光子等效磁场和PT对称、反PT对称间的内在关联。在这项研究中，团队成员利用了等效磁场的基本效应-即通过给光子波函数施加一个额外的AB相位引起光子动量的平移；更进一步，通过设计光子的周期晶格结构可将动量平移转化为光子本征模式的频率调谐，从而满足了构造反PT对称的频率调谐条件。此外，通过引入耦合波导作为辐射通道，利用多模式的通道干涉效应实现耗散耦合，从而构建反PT对称系统。