北京
IT时代网10月24日消息，中国科学技术大学自旋磁共振实验室彭新华教授及合作者提出并实验演示了一种新的量子多体哈密顿量层析方法，首次在固体核自旋体系中利用量子热化机制，高效提取了量子多体哈密顿量中的复杂相互作用结构。相关成果以 Experimental Tomography of Quantum Many-Body Hamiltonians in Solids via Thermalization 为题，发表在《物理评论快报》上。
哈密顿量决定了量子系统的全部平衡态特征与动力学行为。随着系统规模扩大，多体相互作用的复杂度会呈指数式增长。传统的哈密顿量层析方案普遍依赖高精度量子逻辑门与可编程量子线路，对于缺乏单比特寻址能力的固态物质或自旋系综等宏观量子多体系统难以直接采用。
针对这一挑战，研究团队把通常被视为破坏量子相干性的量子热化过程，转化为高效编码哈密顿量信息的核心机制。在高温极限下借助团簇展开理论，未知的哈密顿量参数得以显式编码在热化后的平衡态中。团队设计了一套仅依赖全局操控的测量方案：让系统先后经历两次量子热化，并在两次热化之间插入一次参数可调的全局旋转，随后测量系统的宏观集体响应。通过对欧拉旋转参数进行系统性扫描，测量信号构成系统的特征响应谱。
为从响应信号中反演目标参数，团队首先将目标哈密顿量在不可约球张量算符基底上展开，利用三维旋转群 SO(3) 傅里叶变换将不同角动量量子数与磁量子数的贡献解耦，再结合主成分分析算法提取主导系数，实现各阶多体相互作用强度的定量解析。团队在 400MHz 固态核磁共振谱仪上完成了实验验证。
注：本文配图由AI生成，文中包含AI辅助创作的内容。
编辑：林一舟
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