由光控离子实现的手性量子加热与制冷

量子热机和制冷器是开放量子系统，其动力学可通过非厄米形式来加以理解。非厄米性的一个显著特征是异常点（exceptional points, EPs），这一特征在闭合量子系统中没有对应的情形。已有研究表明，在经典系统中，对 EP 附近的动力学绕行（无论该环是否包含 EP）都可能导致手性模式转换。本文我们表明，对于量子系统，在对其 Liouvillian 异常点（LEPs）附近进行动力学绕行时，这一现象同样成立——LEPs 包含量子跃迁及其关联噪声的效应，这是此前研究中所不包含的重要量子特征。我们使用 Paul 阱捕获的超冷离子，演示了首次实现手性量子加热与制冷，通过在 LEP 附近闭环动力学绕行。我们观察到循环方向与手性相关，热机（量子制冷器）分别表现为热释放（热吸收）。我们的实验表明，不仅 adiabaticity-breakdown，而且 Landau-Zener-St"uckelberg 过程在动力学绕行过程中发挥着至关重要的作用，导致手性热力学循环。我们的观察结果有助于进一步理解非厄米系统中的手性和拓扑特征，并为探索手性与量子热力学之间的关系指明了道路。