单原子合成维度中的相空间拓扑结构

该研究团队在量子Rabi模型描述的单原子系统合成Fock态晶格中探究了拓扑特征。通过哈密顿量对角化,研究人员识别出局域于合成晶格畴壁的零能缺陷态,其自旋极化具有拓扑保护性。为克服将能带拓扑应用于Fock态晶格的挑战,该工作引入了基于相空间几何的新型拓扑不变量——相空间绕数。研究表明,表征两个子晶格间几何相位差的Zak相位也可通过相空间参数计算,并与相空间绕数直接对应。这种量子化的几何相位反映了缺陷态的自旋极化,展现了体-边对应关系。由此揭示的相空间拓扑表明,单原子修饰态会涌现出具有对立特性的两种状态:受拓扑保护的费米子态和可通过驱动调控的玻色子态。该成果确立了相空间拓扑作为探索单原子合成维度中拓扑物理的新框架,揭示了不同于经典模拟的、量子体系特有的拓扑保护机制。

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