Non-Hermitian Physics in Ultracold Atoms and Photonics

超冷原子和光子学中的非厄米物理

基本信息

  • 批准号:
    2110212
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-15 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Quantum and optical technologies are emerging as two major research frontiers that could potentially revolutionize computing, communication, security, measurement, and sensing for modern science and engineering. A common foundation for these technologies is that part of the underlying quantum equation, the Hamiltonian, that governs the internal phases and dynamics of the physical system. A quantum Hamiltonian that describes the unitary time-evolution of real physical observables is said to be Hermitian (named after the mathematician Charles Hermite). This work explores the dynamics of systems described by a non-Hermitian Hamiltonian. Significant theoretical and experimental progress has been made in exploring non-Hermitian physics in classical photonic systems. Advances in classical systems naturally suggest extending the studies to quantum platforms such as ultracold atoms, which possess major ingredients that are lacking in classical photonics. This project investigates the non-Hermitian physics in both classical photonics and ultracold atoms and explores their device applications. The proposed research will not only pave the way for non-Hermitian control of photonic and ultracold atomic systems for many important applications, but also influence fundamental research in optical and cold atom physics. The project provides a diverse platform for both graduate and undergraduate students to explore theoretical cold atomic, optical and condensed matter physics. The scope of this project also includes specific outreach activities for K-12 students and involving students from under-represented groups, such as women and minority students, for broadening participation.The overall objective of the proposal is to investigate the non-Hermitian driven topological physics in classical photonics and non-Hermitian quantum physics in ultracold atoms. Specific projects include: i) construction and characterization of new topological photonic lattices (e.g., fractal and 3D higher-order topological insulator) through Hermitian and non-Hermitian control; ii) study of novel topological phases (e.g. coupled edge states facilitated topological photonic lattice) arising from unique continuous hyperbolic metamaterials; iii) generation and control of non-Hermitian ultracold atomic matters utilizing their quantum, interacting, or fermionic properties. A diverse set of physical problems and systems will be investigated using versatile analytic and numerical tools (e.g., mean field theory, non-Hermitian density-matrix-renormalization-group algorithm, etc.). The proposed projects will not only lead to the experimental advances for exploring non-Hermitian matter, but also provide platforms for developing novel photonic and quantum technologies.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
量子技术和光学技术正在成为两个主要的研究前沿,它们可能会彻底改变计算,通信,安全性,测量和对现代科学和工程的感觉。这些技术的一个共同基础是控制物理系统的内部阶段和动力学的基础量子方程的一部分。 描述真实物理观察物的单一时间进化的量子哈密顿量被认为是赫尔米尔人(以数学家查尔斯·赫米特(Charles Hermite)的名字命名)。 这项工作探讨了非热汉密尔顿人描述的系统的动力学。 在探索经典光子系统中的非热物理学方面,已经取得了显着的理论和实验进步。经典系统的进步自然建议将研究扩展到诸如超低原子等量子平台,这些原子具有经典光子剂缺乏的主要成分。 该项目研究了经典光子学和超低原子中的非热物理学,并探讨了其设备应用。拟议的研究不仅为许多重要应用的非富米对光子和超低原子系统的控制铺平了道路,而且还会影响光原子物理学中的基本研究。该项目为研究生和本科生提供了一个多元化的平台,以探索理论冷原子,光学和凝结物理物理。该项目的范围还包括针对K-12学生的特定宣传活动,并参与了代表性不足的群体(例如妇女和少数族裔学生)的学生,以扩大参与。该提案的总体目标是调查经典光子学和非高级光子学和超级量子物理学的非官员驱动的拓扑物理学。特定项目包括:i)通过赫米尔米亚人和非弱者控制的新拓扑光子晶格(例如分形和3D高阶拓扑绝缘子)的结构和表征; ii)研究由独特的连续双曲超材料引起的新型拓扑阶段(例如,耦合边缘状态促进了拓扑光子晶格); iii)利用其量子,相互作用或费米的特性来生成和控制非炎性超低原子问题。将使用多种分析和数值工具(例如,平均野外理论,非弱点密度 - 元素 - 肾上腺纯化组算法等)研究一组各种物理问题和系统。拟议的项目不仅将带来探索非官员事务的实验进步,而且还为开发新型的光子和量子技术提供了平台。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的审查标准通过评估来获得支持的。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Topological and hyperbolic dielectric materials from chirality-induced charge-parity symmetry
  • DOI:
    10.1103/physreva.104.043510
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Junpeng Hou;Zhitong Li;Q. Gu;Chuanwei Zhang
  • 通讯作者:
    Junpeng Hou;Zhitong Li;Q. Gu;Chuanwei Zhang
Many-body dynamical delocalization in a kicked one-dimensional ultracold gas
  • DOI:
    10.1038/s41567-022-01721-w
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    19.6
  • 作者:
    Jun Hui See Toh;K. McCormick;Xinxin Tang;Ying Su;Xiwang Luo;Chuanwei Zhang;Subhadeep Gupta
  • 通讯作者:
    Jun Hui See Toh;K. McCormick;Xinxin Tang;Ying Su;Xiwang Luo;Chuanwei Zhang;Subhadeep Gupta
Universal intrinsic higher-rank spin tensor Hall effect
  • DOI:
    10.1103/physrevb.107.085410
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Ying Su;Junpeng Hou;Chuanwei Zhang
  • 通讯作者:
    Ying Su;Junpeng Hou;Chuanwei Zhang
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Subhadeep Gupta
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    Chuanwei Zhang
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
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知道了