反宇称时间对称洛伦兹动力学的实验模拟（GaN/蓝宝石） *
1. 概述
宇称-时间 (PT) 对称性的最新实验进展引起了人们的极大兴趣。然而，与宇称-时间对称性相比，关于其对应物反宇称-时间对称性的报道结果很少，这些结果将带来新的见解和应用。通过实验模拟和展示反宇称-时间对称性的性质尤其令人感兴趣。在这里，我们介绍了基于氮化镓薄膜中点缺陷产生的单光子模拟具有反宇称-时间对称性的玻色子 Bogoliubov 准粒子动力学的实验研究。非幺正算子下的动力学演化是复闵可夫斯基空间中的连续复洛伦兹变换。演化状态位于双曲线上，取决于新定义的内积的值，这些值在演化过程中保持不变。展示了三种类型的状态，即类空间、类光和类时间，它们类似于狭义相对论所预测的状态。该工作成果有助于研究不同系统中准粒子的动力学，并促进对开放系统中非厄米量子力学的深入理解。
2. 样品制备
本工作采用在蓝宝石衬底上生长的2µm未掺杂GaN层上的2µm厚的镁（Mg）掺杂的氮化镓（GaN）外延层进行实验（来自中芯晶研）。
首先在超声波浴中用丙酮和异丙醇对蓝宝石基氮化镓外延片进行清洗。为了减少该晶片的背景辐射，将样品浸入丙酮和异丙醇（1:1）的混合溶液中几天，然后在超声波浴中再次清洗。在不需要高能电子辐照和退火的情况下，可以方便地获得具有许多发射单个光子的分离的单个缺陷的样品。发射极随机分布在GaN膜上，并归因于GaN晶体中的局部缺陷。
在实验中，使用532nm连续波激光器来激发GaN外延片。在被二向色镜反射后，通过具有0.9的高NA的物镜（Olympus）将激光聚焦到样品上。荧光由同一物镜收集，并由二向色镜和中心波长为720nm、带宽为13nm的带通滤波器（FF01-720/13，Semrock）过滤。该信号被耦合到单模光纤，并被引导到用于计数的单光子雪崩光电二极管（SPAD）或用于单光子验证的Hanbury-Brown和Twiss（HBT）干涉仪设置。在HBT实验中，PL信号由光纤分束器分割，并由两个SPAD检测。通过时间-数字转换器（ID800-TDC，IDQ）测量与检测时间差t的相关性一致性。对于光谱分析，PL信号被直接引导到光栅光谱仪（IHR-550，Horiba），而不需要FF01-720/13滤波器。
从单个发射器减去背景的典型光谱，其中心波长约为721.7nm，半峰全宽约为3.1nm。还通过记录连续波激光激发下PL强度随时间的变化来测试发射器的光稳定性。发射的自相关表明在t=0附近光子反聚束的清晰特征，实验值g2（0）=0.242，理论拟合g2（O）=0.013。因此，单光子源在室温下具有窄线宽和光稳定性。在这些测试之后，光子被送入洛伦兹动力学装置。
图1 反宇称时间对称洛伦兹动力学的实验装置
3. 结论
本研究通过实验模拟了具有反宇称时间对称性的玻色子Bogoliubov准粒子的洛伦兹量子动力学，其中UBdG的非酉操作在具有氮化镓膜中的点缺陷产生的单光子的光量子模拟器中得到了演示。在具有后选择的全埃尔米特系统的子系统中有效地模拟了UBdG算子。这里提出的反宇称时间系统提供了一种将反宇称时间系统与洛伦兹动力学联系起来的独特方式。发现状态演化在BdG方程的常能面上是稳定的。展示了三种不同的状态，即类空间、类光和类时间，它们对应于闵可夫斯基空间中的状态。此外，在实验误差范围内，发现演化过程中状态的新内积是恒定的。本工作结果将有助于研究不同物理系统中准粒子的动力学，并为开放系统中的非埃尔米特理论和量子力学提供新的见解。基于缺陷的光量子模拟展示了日用材料在量子信息处理中的指导性应用。
注：
BdG：波格留波夫-德热内斯 ( BdG ) 方程被用来描述玻色波格留波夫准粒子的动力学 。BdG 哈密顿量是具有反 PT 对称性的伪厄米量，动力学行为在复闵可夫斯基空间中为连续复洛伦兹变换，不同于希尔伯特空间中通常的幺正变换。
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