量子科技中心_量科网

量子材料与非局域腔光子模式强耦合的混合系统已成为控制和探测量子关联的新前沿领域，然而非局域耦合产生的光-物质纠缠结构及其标度规律仍未被充分理解。该研究团队通过构建精确可解框架解决了这一问题，其核心是将Power-Zienau-Woolley（PZW）变换重新阐释为一种光-物质量子电路——该电路将光子位置正交分量X∼a+a†与一维量子链的多体偶极矩𝒫耦合。研究人员推导出了适用于所有耦合强度的约化密度矩阵闭式表达式，其中不等偶极矩物质态间的非对角元素会受到高斯因子抑制，该因子完整编码了从弱耦合到超强耦合的跨区行为。在弱耦合区，约化密度矩阵呈现以𝒫为跃迁算符的Lindblad形式，纠缠熵由偶极矩方差控制；在超强耦合区，密度矩阵严格按偶极子区块对角化，反映光子场动态施加的涌现偶极对称性，此时纠缠熵精确等于偶极子区块权重分布的香农熵。将此框架应用于半填充Su-Schrieffer-Heeger链时发现：强耦合下光-物质纠缠与光子修饰物质态的空间纠缠均随系统尺寸L呈现对数标度S∞∼α/2·logL，且该标度行为在SSH相图中具有普适性。这种对数关系源于光子解析出的单一集体坐标𝒫，其涨落以L^(α/2)增长，与临界一维系统的对数纠缠机制存在本质差异。