通常情况下，我们需要在量子器件中避免粒子损失这一不利过程。最近，香港科技大学(HKUST)的研究人员展示了一种通过粒子损失来控制量子态的新方法，这为实现前所未有的量子态提供了一种新途径。这一发现发表在近期的《自然物理学》上。

操纵量子系统需要对量子态进行精确的控制，否则编码在量子态中的有用信息会被打乱。最常见的有害过程之一是构成了系统的粒子损失。这个问题长期以来一直被视为量子控制的敌人，人们想发设法通过系统隔离来避免它。但现在，香港科大的研究人员发现了一种可以从原子量子系统的损失中获得量子控制的方法。

该研究的首席研究员、香港科技大学物理学教授Gyu-Boong Jo表示，这一研究结果表明粒子损失是一种潜在的量子控制技术。Jo教授说：“教科书告诉我们，在量子力学中，令人感兴趣的系统要与环境隔离得很好，不会出现粒子流失的情况。然而，开放的系统从经典到量子是无处不在的。这种由非厄米物理有效描述的开放系统，表现出各种在厄米系统中无法观察到的反直觉现象。”

具有损失的非厄米物理的想法已经在经典系统中得到了积极研究，但这种反直觉现象直到最近才在真正的量子系统中实现和观察到。在这项研究中，香港科技大学的研究人员调整了系统的参数，使它们围绕一个特殊点(也就是非厄米系统的奇异点)扫出一个闭环。人们发现，环的方向(即顺时针还是逆时针)决定了最终的量子态。

香港科技大学物理学教授、团队另一位负责人Jensen Li表示：“这种定向量子态在奇异点周围转移的手性行为可以成为量子控制的重要组成部分。我们正处于控制非厄米量子系统的起点。”

该发现的另一个含义是两种看似无关的机制：非厄米物理(由损耗引起)和自旋轨道耦合是如何相互作用的。自旋轨道耦合(SOC)是拓扑绝缘体等量子现象的重要机制，拓扑绝缘体的内部表现为绝缘体，但其表面流动电子的行为类似于导体。

尽管非厄米物理学取得了重大进展，但自旋轨道耦合机制仅在厄米系统中得到广泛研究，人们对于自旋轨道耦合量子系统中损失所起的主要作用在实验上知之甚少。更好地理解这种非厄米自旋轨道耦合对于新材料的开发至关重要，但它在凝聚态物理领域仍然是难以捉摸的。

在这项工作中，研究人员首次实现了超冷原子的耗散自旋轨道耦合系统，充分的表征了其量子态，并在非厄米物理的背景下展示了手性量子控制。这一发现为未来非厄米状态下自旋轨道耦合物理的探索奠定了基础，并强调了非厄米量子系统在实现、表征和利用两种基本机制(即损失和自旋轨道耦合)方面的卓越能力，为利用超冷原子在高度可控的量子模拟器中精确模拟这种竞争机制提供了一种新方法。(编译:Qtech)