Геометрическую фазу Ульмана смешанных состояний измерили напрямую в фотонном квантовом блуждании

В статье в Science Advances авторы описывают экспериментально доступный протокол прямого измерения топологического инварианта смешанных квантовых состояний, реализованный на фотонном квантовом блуждании science.orgScience Advancesscience.orgОткрыть источник ↗. Инвариант основан на геометрической фазе Ульмана — обобщении геометрической фазы чистых состояний на смешанные.

Геометрическая фаза чистых состояний хорошо изучена и применяется почти во всех разделах физики, тогда как её смешанный аналог экспериментально почти не исследован. По словам авторов, наблюдению мешали два обстоятельства: параллельный перенос Ульмана несовместим с гамильтоновой динамикой, а топологически нетривиальные смешанные состояния трудно приготовить.

Чтобы обойти это, авторы создали управляемую неунитарную динамику в фотонном квантовом блуждании. Это позволило получить топологически нетривиальные смешанные состояния из тривиального начального состояния. Затем они восстановили полную матрицу плотности в импульсном пространстве и напрямую извлекли квантованную геометрическую фазу нетривиальных смешанных состояний.

Кроме того, авторы наблюдали, что переход квантованного инварианта от тривиального значения к нетривиальному тесно связан с появлением топологической структуры типа «излома» (kink) science.orgScience Advancesscience.orgОткрыть источник ↗. Они заявляют, что результаты показывают подход на основе геометрической фазы, который естественно распространяется на открытые квантовые системы как в тепловом равновесии, так и вне его.