近日，南方科技大学范靖云教授团队与中山大学研究人员联合在非厄米物理研究中取得重要进展。团队在实验中观测到了由非厄米趋肤效应和带隙虚部闭合共同导致的非厄米边缘爆发现象（Non-Hermitian Edge Burst Effect），相关研究工作以“Observation of Non-Hermitian Edge Burst Effect in One-Dimensional Photonic Quantum Walk”为题发表在学术期刊 Physical Review Letters 上。

非厄米物理为耗散量子系统提供了有效直观的描述，揭示了厄米情形外的诸多有趣现象。其中一个十分重要的现象是非厄米趋肤效应，它展示了体本征态向边界的强烈局域化，将厄米体系中量子拓扑物态的体边对应关系进一步推广到非厄米体系中。非厄米趋肤效应与其他机制相结合，产生了许多新奇的动力学行为，而本文研究的非厄米边缘爆发正是其中之一。

研究人员针对一维有限长度、耗散均匀的非厄米SSH晶格链进行了探索。当粒子由一个中间格点注入时，会在扩散过程中向周边环境逐渐耗散。我们一般会认为耗散在注入格点附近比较显著，随着扩散远离注入格点而弱化，即呈现从注入格点、经体到边界由强变弱的单调下降过程。然而，理论研究指出非厄米趋肤效应与晶格的带隙虚部闭合会导致耗散在边界处剧烈增强。

图1 （a）非厄米SSH模型 （b）基于时间维度的光量子随机行走实验装置

联合研究团队针对这一问题开展实验研究，基于时间维度光量子随机行走方法有效实现了一维有限长度、耗散均匀的非厄米SSH晶格。他们利用时间分辨探测技术对粒子在晶格中的扩散进行了实时观测，通过系统性地调控实验参数揭示了耗散边缘爆发及其条件，从而确定其产生机制是非厄米趋肤效应和带隙虚部闭合共同作用的结果，并进一步刻画了标度律。同时，研究人员发现在该系统中，边缘爆发现象的出现还可用于探测相应厄米系统中的拓扑相变（北京计算科学研究中心的研究人员同期开展了研究）。

图2 （a）（b）非厄米边缘爆发耗散演化过程图和格点总的耗散（c）（d）为不存在非厄米边缘爆发的参照实验

论文的第一作者为南科大量子科学与工程研究院博士生朱健坤、物理系研究助理教授毛亚丽，通讯作者为教授范靖云、量子科学与工程研究院副研究员李正达、物理系副教授杨兵以及中山大学天文与物理学院副教授李林虎。南方科技大学为论文第一单位。本研究得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、广东省珠江领军人才计划、广东省重点领域研发计划、广东省珠江创新创业团队、广东省量子精密测量重点实验室、深圳市鹏城学者、深圳市科技创新委员会、南科大物理系高水平光学平台等的大力支持。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.203801

相关链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.120401

https://arxiv.org/abs/2303.12831