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Observation of dark edge states in parity-time-symmetric quantum dynamics

National Science Review 2023年第8期10卷 156-165页

作者： Peng Xue Xingze Qiu Kunkun Wang Barry C. Sanders Wei Yi Beijing Computational Science Research Center Key Laboratory of quantum Information University of Science and Technology of China Chinese Academy of Sciences Synergetic Innovation Center in quantum Information and quantum Physics University of Science and Technology of China Chinese Academy of Sciences School of Physics and Optoelectronic Engineering Anhui University Shanghai Branch National Laboratory for Physical Sciences at MicroscaleUniversity of Science and Technology of China Institute for quantum Science and Technology University of Calgary Program in quantum Information Science Canadian Institute for Advanced Research

Topological edge states arise in non-Hermitian parity-time(PT)-symmetric systems, and manifest themselves as bright or dark edge states, depending on the imaginary components of their eigenenergies. As the spatial probabilities of dark edge states are suppressed during the non-unitary dynamics, it is a challenge to observe them experimentally. Here we report the experimental detection of dark edge states in photonic quantum walks with spontaneously broken PT symmetry, thus providing a complete description of the topological phenomena therein. We experimentally confirm that the global Berry phase in PT-symmetric quantum-walk dynamics unambiguously defines topological invariants of the system in both the PT-symmetry-unbroken and-broken regimes. Our results establish a unified framework for characterizing topology in PT-symmetric quantum-walk dynamics, and provide a useful method to observe topological phenomena in PT-symmetric non-Hermitian systems in general.

关键词： parity-time symmetry photonic quantum walks dark edge states topological invariants

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