研究方向

当前，我们正处于第二次量子革命阶段，以量子计算、量子通信、量子传感器等量子新技术为特征。 了解量子关联和奇异的量子态可以进一步释放量子力学的力量并促进量子技术的发展。 例如，多体纠缠已被证明可以提高量子测量的精度； 拓扑量子态不受无序影响，这可以保护量子存储和计算。

超冷原子系统具有较长的相干时间和强大的操纵和检测工具，为探索量子关联和奇异量子态提供了绝佳的平台。 超冷原子系统有很多优点。 首先，各种可调节的原子间相互作用可以支持许多未经探索的新颖的相关态； 其次，良好控制的光子-原子相互作用有助于在光子之间产生相关性和纠缠。 第三，长相干时间使我们能够探索非平衡动力学中出现的许多物体相关性和拓扑状态。 基于超冷原子系统，我们重点研究多体关联、拓扑相和非平衡动力学。 下面是我们重点关注的几个研究方向：

A. 相互作用系统中的新颖拓扑状态

自量子霍尔效应发现以来，人们对拓扑量子态进行了广泛的研究。 拓扑能带理论的应用已经成功地识别了非相互作用系统中的各种量子拓扑态。 然而，当存在粒子与粒子相互作用时，传统的拓扑能带理论常常被证明是不够的。 因此，研究相互作用系统的拓扑性质对量子物理领域提出了重大挑战。

B.非平衡动力学中的量子关联

非平衡量子物理是凝聚态物理、量子统计物理、量子信息、量子计算等现代量子物理的研究前沿之一。 人们可以通过扫描系统参数、应用时间周期调制以及系统与环境的耦合来驱动系统达到非平衡状态。 许多非平衡量子关联和现象，如多体局域化、多体疤痕和时间晶体等，已在超冷原子系统中通过实验实现。 这些进展激励我们发展超越平衡态的理论框架，理解这些现象的物理机制和控制方法。

非平衡量子物理是当前物理学中一个快速发展的新方向，还有许多未知的问题等待探索，例如如何对非平衡量子态进行分类、如何将普适性概念扩展到非平衡量子相 相变，拓扑输运如何影响相变动态激发的普遍临界行为，以及高维多体局域化是否存在。 这些问题的解决不仅可以提供对非平衡量子物理的系统认识，而且可以极大地促进量子计算、量子信息等技术的发展。

C.非平衡动力学中的拓扑态

非平衡量子物理是当前物理学中一个快速发展的新方向，还有许多未知的问题等待探索，例如如何对非平衡量子态进行分类、如何将普适性概念扩展到非平衡量子相 相变，拓扑输运如何影响相变动态激发的普遍临界行为，以及高维多体局域化是否存在。 这些问题的解决不仅可以提供对非平衡量子物理的系统认识，而且可以极大地促进量子计算、量子信息等技术的发展。

D.波导 QED 中的激发态和光子散射

波导量子电动力学 (QED) 研究与波导耦合的原子混合量子系统中光子和原子之间的相互作用。 由于光子在一维波导中传播，这极大地增强了光子与原子之间的相互作用。 光子波导适合长距离、低损耗的信息传输。 原子或人造原子（分子、超导量子位、量子点）可用于实现复杂的信息处理和长时间的量子存储。 波导量子电动力学系统结合了光子波导和原子的优点，将成为量子信息传输、存储和处理的基础部件和关键节点。 基于波导QED，了解新颖的激发态和光子散射将有助于实现量子光子器件、量子通信和量子信息处理。