无异常点的被动光子系统中PT对称破缺转变

在过去的十年里，光子学领域见证了 parity-time（PT）对称性的实验实现，这种对称性主要体现在经典光学系统中，通过平衡的增益和损耗来构建，或者在量子系统中，利用局部损失来模拟。PT对称性指的是系统中的势能满足对称性条件，即镜像对称或时间反演对称。然而，这一理论的核心点是PT相变，通常发生在非厄米哈密顿ian的特异点（exceptional point, EP），在此处，系统的本征值和对应的本征向量重合，标志着PT对称性被打破。 然而，最新的研究揭示了一个令人惊讶的现象：在损耗系统中，PT相变并非必须伴随着特异点的出现。作者Yogesh N. Jogalekar和Andrew K. Harter在他们的一项邀请投稿中指出，即使在存在显著损耗的情况下，这种相变依然可以普遍发生。驱动这种转变的关键因素不再是特异点的存在，而是系统中中性区与损耗区之间的潜在不对称性。这意味着在设计和操控非平衡的光子结构时，例如双环（imer）和多模设置中，我们不必受限于寻找EP，而可以直接利用这些系统的非平衡特性来控制相变。 他们的工作不仅扩展了对非平衡非线性光子学的理解，还为设计新型光子设备提供了新的策略，如稳定的光波导、模式选择器或者能量转移器件，这些器件可以在没有EP的情况下表现出类似于EP系统的行为。这对于光子集成技术的发展具有重要意义，因为它允许工程师们在更广泛的设计空间内实现对光的控制，同时降低了对精密制造的依赖。 这项研究为未来的研究者提供了一种新的视角，即如何通过巧妙的设计和控制，使非平衡系统展现出丰富的光行为，从而推动光子学的理论和应用边界。它进一步证明了非平衡光子系统在量子信息处理、光信号处理以及光通信等领域的巨大潜力。尽管传统的PT相变理论与EP紧密关联，但这一发现提醒我们，物理现象的丰富性远远超过我们已知的传统理论框架，值得深入探索和挖掘。