光子芯片在光动力学领域开辟了新的道路

在罗斯托克大学，研究人员将PT对称性与光子芯片中的拓扑学相结合，挑战了以前关于开放系统和拓扑绝缘体的信念，并为创新技术应用铺平了道路。

开创性的研究将PT对称性与拓扑学相结合，为开放系统和先进技术电路的潜力提供了新的见解。

无论是描述行星的轨道还是原子的内部运作，物理学的一个关键范式是能量守恒：虽然不同形式的能量可以相互转换，但通常假设能量总量随时间变化是恒定的。因此，物理学家通常倾向于确保他们试图描述的系统不会与其环境相互作用。

然而，事实证明，如果能量的增益和损失以系统的方式分布，使它们在所有可以想象的条件下相互抵消，那么系统的动力学也可以是稳定的，这可以通过所谓的奇偶校验时间（PT）对称性来保证：类似于向后播放的视频，同时反映在镜子中，但看起来与原始视频完全相同 – 即 是 PT 对称的 – 系统中的组件的排列方式是通过同时镜像和时间反转来交换光的增益和损耗。使系统看起来不变。PT对称性远非一个纯粹的学术概念，它为更深入地理解开放系统铺平了道路。

来自罗斯托克、维尔茨堡和印第安纳州的一个研究小组首次表明，光可以在与环境相互作用的系统中传播而不会造成损失。在他们的实验中，他们使用了激光写入的波导，如图所示——这些是通过激光束写入材料的光学结构。在这里，光信号可以稳健、稳定地传播，而不会造成损失 图片来源：Julia Tetzke/罗斯托克大学

PT对称的创新

与PT对称性相关的迷人物理现象是罗斯托克大学Alexander Szameit教授的专长。在他们的定制光子芯片中，激光可以模仿天然和合成材料的行为，这些材料排列成周期性晶格结构，使其成为各种物理理论的理想试验台。

通过这种方式，Szameit教授和他的团队成功地将PT对称性与拓扑学的概念结合起来。拓扑研究尽管底层系统不断变形，但不会改变的属性。这些特性使系统对外部影响特别强大。

在他们的实验中，Szameit的研究小组使用激光刻画的光子波导 – 通过激光束写入材料的光学结构。在这些“光电路”中，实现了所谓的拓扑绝缘体。Szameit解释说：“近年来，这些绝缘体引起了很多关注，因为它们具有沿着其边界传输无损电子流或光流的迷人能力。抑制缺陷和散射影响的独特能力使它们在各种技术应用中特别有趣。