开放光子量子行走中混合态拓扑不变量的测量

纯态的几何相位表现已得到充分确立，并在物理学的几乎所有分支中都有应用，然而其在混合态体系中的推广在实验上仍基本未被探索。Uhlmann几何相位提供了纯态范式的一种自然扩展，并可展现出拓扑特性。然而，对该不变量的观测受到Uhlmann平行输运与哈密顿动力学之间不相容性，以及制备拓扑非平凡混合态的困难的阻碍。为应对这一挑战，我们报告了一种可直接测量混合态拓扑不变量的实验可行方案。通过在光子量子行走中设计受控的非幺正动力学，我们从平凡的初始态制备了拓扑非平凡的混合态。此外，通过机器学习动量空间中的完整密度矩阵，我们直接提取了非平凡混合态的量子化几何相位。这些结果突显了一个自然扩展到热平衡和非平衡开放量子系统的几何相位框架。