从束缚态到量子自旋模型:拓扑光子环中的手性相干动力学

拓扑光子系统为无序环境下的光操控提供了稳健平台,但其与量子发射体的相互作用仍是实现强关联量子态的前沿课题。该研究团队通过将环形Su-Schrieffer-Heeger(SSH)光子晶格与多个量子发射体耦合,实现了对拓扑保护手性量子动力学的调控。通过包含级联Lindblad动力学和手性发射体-浴耦合的全微观模型,研究人员揭示了浴环境的拓扑性如何介导发射体间的非互易长程相互作用。这些相互作用引发了丰富的多体自旋现象,包括鲁棒相干性、定向能量传输以及涌现的双Néel有序态,这些均可由系统拓扑结构衍生的有效自旋哈密顿量描述。该工作证明拓扑束缚态能实现单向发射、保护量子相干性抵御耗散,并在发射体间印刻非平庸的纠缠与互信息模式。特别值得注意的是,在圆偏振光激发下,发射体不仅继承光场自旋角动量,还可作为相干转换器将自旋-轨道耦合的拓扑光子模式辐射至远场。该成果在拓扑光子浴与涌现量子磁性间建立了直接桥梁,使该体系成为研究手性量子光学、拓扑保护纠缠态和长程量子相干性的理想平台。

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