image: 利用参数调制技术对相应参数外加周期性调制。A、B对应线性参数调制，C对应椭圆参数调制。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
“几何”与“拓扑”是物质科学中非常重要的概念。在量子力学中，量子系统的几何性质可以由“量子几何张量”这一物理量完全描述。量子几何张量的虚部对应着领域内研究者熟知的贝里曲率，实部则对应着黎曼度规，用来定义两个相邻量子态在参数空间中的“距离”。
最近，研究者在实验上取得突破性进展，首次在固态自旋体系中实现了对量子几何张量这一重要物理量的直接完整测量。相关工作由华中科技大学团队（博士研究生余民、博士研究生杨朋成、张少良副教授以及蔡建明教授等）与日本理化研究所Tomoki Ozawa、比利时布鲁塞尔自由大学Nathan Goldman共同完成，已在线发表于《国家科学评论》（National Science Review，NSR）。
具体来讲，该实验是在金刚石色心的二能级系统中完成的：
首先，利用特殊设计的微波场与金刚石氮-空位中心自旋的耦合，在参数空间中模拟出一个“单极子”（monopole）结构；
然后，利用参数调制技术对相应参数外加周期性调制（下图中，A、B对应线性参数调制，C对应椭圆参数调制）；
最后，对参数调制诱发的动力学过程（拉比跃迁）进行测量；由于拉比跃迁的频率与量子几何张量决定的跃迁矩阵元之间存在关联，即可由此测得量子几何张量。
这是研究者第一次在固态自旋体系实验上证实此种技术能够直接测量黎曼度规，并可同样精确地测量量子几何张量的其他张量矩阵元。
此外，研究者还将此方法扩展到由金刚石色心和碳13核自旋耦合所组成的双比特系统，实现了对量子多体系统完整量子几何张量的直接测量。
这些结果证实量子相干动态响应可以作为一种测量量子系统几何和拓扑性质的强大工具，并为探索量子几何张量在物理学各个领域中的应用开辟了新道路。
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论文信息：
Experimental measurement of the quantum geometric tensor using coupled qubits in diamond
https://doi.org/10.1093/nsr/nwz193
Journal
National Science Review