Measurement and Control of the Complex Berry Phase in a Quantum System
Washington University（华盛顿大学）；University of Luxembourg（卢森堡大学）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文通过超导transmon电路测量量子系统中Berry相的实部和虚部，揭示了非厄密系统中复Berry相的几何效应及非幺正量子控制的应用。
2026-05-15 physics.app-ph quant-ph
Geometric phase of a bipartite system with Dzyaloshinski-Moriya interaction
研究了由海森堡XXZ模型描述的二体系统在单格点磁场驱动下的Berry相。讨论了Dzyaloshinski-Moriya（DM）各向异性相互作用对Berry相的影响。结果表明，DM相互作用对Berry相位的影响是单调的，在某些弱磁场情况下，DM相互作用也会引起Berry相位的突变。
2008-08-18 quant-ph
Measurement of the Berry Phase in a Single Solid-State Spin Qubit
我们测量了与金刚石中氮空位中心相关的单个固态自旋量子比特中的Berry相。我们的研究结果表明，在一个高度复杂的固态环境的存在下，可实现显着程度的相干控制。我们通过仔细应用微波辐射来几何地操纵自旋量子比特，该微波辐射产生有效的旋转磁场，并通过自旋回波干涉术观察所产生的相位。我们发现很好的协议与贝里的预测实验误差。我们还研究了环境对几何相位的作用，并观察到与其他固态量子比特系统不同，退相主要由路径中的快速径向波动主导。
2015-04-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Weak value picture on quantum observables: gauge-invariant vector potentials
坐标变换下的物理量守恒，称为规范不变性，一直是量子和经典理论的理论框架的基础。规范不变量的发现使得量子现象的几何和拓扑解释与贝里相，或分离夸克和胶子的贡献在量子色动力学。在这里，以量子几何量Berry连接，相位和曲率为例，我们通过应用“弱值图像”提取一个新的规范不变量。通过采用不同的前和后的选择在推导的Berry相位在弱值的情况下，我们得到规范不变的矢量势从Berry连接，原来是规范相关的，并表明所获得的矢量势对应于弱值的投影动量算子。以Aharonov-Bohm效应为例证明了该量的局部性质，证明了该规范不变矢势可以解释为磁场中Berry曲率的唯一来源.这种弱值分解方法将导致从传统的不可观测量中提取新的可测量量。
2021-04-30 physics.optics quant-ph
Berry's Phase in the Presence of a Dissipative Medium
本文考虑自旋为1/2的耦合到慢变磁场中的模型，其中存在由Lindblad型算符表示的弱阻尼。我们表明，贝里的几何相位保持不变的两个耗散机制考虑。耗散效应是双重的：布洛赫矢量的模的收缩，其表征相干损失和时间依赖性（耗散相关）进动角。我们表明，线加宽的傅立叶变换的磁化分量是由于耗散的存在。
2002-04-01 quant-ph
Berry phase in a non-isolated system
我们研究了环境对涉及自旋半的Berry相位测量的影响。我们使用偏置自旋玻色子哈密顿量与时间相关的磁场的自旋+环境模型。我们发现，与天真的期望相反，可以观察到的贝里阶段收购的自旋，但只有在时间尺度上既不太短，也不太长。然而，这种Berry相位与孤立自旋半的相位不同。它没有一个简单的几何解释，无论是裸自旋态的绝热演化，还是我们追踪到环境后留下的修饰自旋共振。这一结果是至关重要的建议贝里相位测量超导纳米电路的耗散是显着的。
2003-02-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Ultra-sensitive magnetic sensor based on 3-dimensional rotation induced Berry phase
提出基于三维旋转诱导Berry相位测量直流磁场的新方法，理论证明14N核自旋静态磁场灵敏度可达10^(-7) T/Hz^(1/2)/N^(1/2)。
2025-06-30 quant-ph
Measurement scheme of the Berry phase in superconducting circuits
本文提出了一种在磁通辅助的库珀对泵--库珀对闸中观测Berry相位的测量方案。在最近的实验中，水闸被用来产生准确的电流通过电阻，我们认为在超导回路中的设备。这种布置引入了在绝热泵浦循环期间累积的泵浦电流和Berry相之间的连接。从绝热准则出发，推导出最大泵送电流的计算公式，并据此对水闸进行了优化。这些结果也适用于高精度的泵，这导致在一个潜在的候选人为一个高电流标准。为了测量泵浦电流，在超导回路中安装了一个附加的约瑟夫森结。我们详细地表明，该系统从超导状态到正常状态的切换作为一个外部电流脉冲通过它的结果可以用来探测泵浦电流。我们方案的实验实现将是超导电路中Berry相位的首次观测。
2006-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Loschmidt Echo and Berry phase of the quantum system coupled to the XY spin chain: Proximity to quantum phase transition
本文研究了由中心自旋和周围环境组成的耦合系统的Loschlavian回波（LE）。的量子动力学的LE示出显着的影响的量子临界的自旋链。特别地，发现LE的衰减行为由自旋链的各向异性参数控制。此外，我们表明，由于耦合到自旋链，基态的Berry相位的中心自旋成为非解析的和它的衍生物相对于自旋链中的磁参数$λ$发散沿临界线$λ=1$，这表明一种替代的测量的量子临界性的自旋链。
2006-10-26 quant-ph
Berry Phase Quantum Thermometer
我们展示了如何使用Berry相位来构建一个超高精度的量子温度计。该方案的一个重要优点是不需要温度计获得与样品的热平衡。这减少了测量时间并避免了精度限制。
2013-05-28 cond-mat.stat-mech quant-ph
Atomic interferometer measurements of Berry's and Aharonov-Anandan's phases for isolated spins S > 1/2 non-linearly coupled to external fields
本论文的目的是提出实验观察贝里的相位的显着特点，S>1，所产生的自旋哈密顿量赋予两个耦合，磁偶极子和电四极一个外部的B和E场，在我们以前的工作中进行了理论研究。场被假定为正交的，这种温和的限制导致几何和代数简化。碱金属原子似乎是干涉测量的良好候选者，但仍存在需要克服的挑战。产生合适电场的唯一可行方法是利用交流斯塔克效应，它会引起缀饰原子的不稳定性。除了原子损失，这可能会使Berry的相位推导无效，但后一个问题可以通过适当的失谐来解决。前者对循环持续时间设定了上限，该上限由绝热条件限定。依靠我们以前的分析的非绝热修正，我们已经能够达到一个折衷的$^{87}$ Rb hf级F=2，m=0的状态，这是我们的候选人的干涉测量的奇异Berry的相位所产生的旋转的E-场周围的固定的B-场。通过数值模拟，我们证明了非绝热修正可以保持在0.1%以下。作为另一个候选者，我们讨论了铬的基态J=S=3，其中不稳定性问题很容易解决。我们提出了一个建议，通过构造一个能在密度矩阵空间上沿闭合回路进行平行输运的哈密顿量，利用光位移，将Aharonov-Anandan相位测量从S=1/2扩展到$^{87}$ Rb hf能级F=m=1，而不受绝热约束.在附录A中，S=3/2和1/2，m=1/2态的Berry相位差用于执行3个Qbit的纠缠。
2011-04-01 physics.atom-ph quant-ph
Generation and detection of non-Abelian matrix Berry phases through manipulation of electric confinement potential of a semiconductor quantum dot
在II-VI或III-V族n型半导体量子点中，通过改变限制势的形状，可以用{ \it all electrical means}产生并检测到矩阵Berry相。这是由于在存在自旋-轨道耦合项时的一般对称性考虑。由此产生的2 × 2矩阵Berry相位可以由两个几何原点数来表征。我们研究这些参数如何依赖于封闭绝热路径的形状和面积。我们建议如何在传输测量矩阵Berry相位可能被检测到。
2007-08-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Integration of the Berry curvature on a qubit state manifold by coupling to a quantum meter system
我们提出了一个计划，允许整合的Berry曲率，从而确定的量子比特本征态流形的陈数。我们的方案是将量子比特与米系统连续耦合，同时探索流形中的准绝热路径。其中一个仪表可观测量的累积变化然后提供陈数的估计。通过改变测量仪的初始状态，我们探索了测量精度和量子位扰动之间的微妙相互作用。一个简单的参数产生一个校正因子，允许估计陈数，即使量子位在探测过程中受到显著干扰。陈数来自于探测过程中积累的几何相位，而我们观察到的动态相位产生了米波函数的加宽。我们表明，一个协议，依赖于三个后续的探索，允许取消的动态阶段，而保留的几何相位。
2019-12-04 quant-ph
Quantum control and Berry phase of electron spins in rotating levitated diamonds in high vacuum
本文构建多电极集成表面离子阱，在高真空悬浮并高速旋转纳米金刚石，实现 NV 电子自旋量子控制及旋转诱导 Berry 相位观测。
2024-03-17 quant-ph
Berry phase with environment: classical versus quantum
讨论了耗散系统中的Berry相概念。我们表明，人们可以确定一个贝瑞相在弱耗散系统，并找到相应的修正这个量，诱导的环境。这种校正用对称化噪声功率表示，因此对代表环境的噪声的性质（即它是经典的还是量子力学的）不敏感。只有噪音的频谱才有价值。我们分析了自旋半（量子比特）各向异性耦合到它的环境的模型，并明确显示量子环境和经典环境的效果之间的一致性。
2004-01-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum gyroscope based on three-dimensional rotation induced Berry phase
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）
该研究利用钻石中的固态自旋缺陷作为传感量子比特，通过三维旋转诱导 Berry 阶段提高陀螺仪灵敏度，采用反迪阿巴托协议抑制非绝热泄漏，实现四阶灵敏度提升。
2026-03-20 quant-ph
Direct Spectroscopic Observation of Berry Phase Interference in the Ni$_4$ Single-Molecule Magnet
当不同的隧穿路径发生相消干涉时，自旋系统中的Berry相位效应会导致隧穿效应的抑制。通过测量磁化动力学，在几个单分子磁体（SMM）中已经看到了这种效应，其中实验信号可能来自于许多能级的贡献。在这里，我们提出了实验测量的Berry相位干涉效应，确定通过电子自旋共振的四重对称SMM。具体而言，我们测量隧道分裂激发态之间的过渡在Ni $_4$ SMM中的存在下，在硬平面的结晶样品的横向场。通过使用自制的旋转装置，可以改变样品的方向\textit{in situ}，使得场方向可以扫过样品的整个硬平面。当场在平面中的某些方向上时，我们观察到跃迁的分裂，这是Berry相位干涉的标志。实验结果很好地再现了理论预测，并拟合的数据提供了偶极相互作用和样品错位的影响的信息。
2020-12-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Corrections to the Berry phase in a solid-state qubit due to low-frequency noise
我们提出了一个量子开放系统的方法来分析超导量子比特的非幺正动力学时，它的外部噪声的影响下演变。我们认为存在的纵向和横向的环境波动影响系统的动态和模型，这些波动通过定义它们的关联函数的时间。利用类高斯噪声关联，我们可以研究低频和高频噪声对退相干的贡献，并将我们的结果应用于开放量子系统中几何相位的计算。我们数值研究了固态量子比特的累积相位何时仍然可以接近幺正（Berry）相位。我们的研究结果可以用来解释高频波动下Berry相位的实验测量，并设计未来操纵超导量子比特时的实验装置。
2014-01-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Berry Phase in Pathangled Systems
Ankara University（安卡拉大学）
通过路径角驱动 Mach-Zehnder �干涉及的环形绝热演化，研究 Berry 阶段与路径角作为贝尔关联额外自由度的作用，并确定 24.97° 的临界角，区分局部隐变量理论与量子力学。
2025-06-20 hep-th quant-ph
Measuring the Adiabatic Non-Hermitian Berry Phase in Feedback-Coupled Oscillators
几何Berry相位是理解循环绝热演化下量子态行为的关键。当推广到具有增益和损耗的非厄米系统时，Berry相位可以变得复杂，并且不仅应该修改状态的相位，而且还应该修改状态的振幅。在这里，我们进行了第一次实验测量的绝热非厄米Berry相位，探索一个最小的两个网站$\mathcal{PT}$对称哈密顿量的启发Hatano-Nelson模型。我们通过将其动态映射到一对基于实时测量的反馈耦合的经典振荡器的动态来实现这种非厄米模型。正如我们通过实验验证的那样，绝热非厄米Berry相位是一种纯粹的几何效应，即使所有本征能量都是实数，它也会导致参数空间内的非周期路径的振幅显著放大和阻尼。我们进一步观察到一个非厄米模拟的Aharonov-玻姆螺线管效应，观察放大和衰减时，环绕一个区域的破$\mathcal{PT}$对称性，作为一个源的虚通量。该实验证明了非厄米特系统所特有的几何效应的重要性，并为进一步研究合成超材料中的非厄米特和拓扑物理铺平了道路。
2022-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.class-ph
Geometric nature of the environment-induced Berry phase and geometric dephasing
我们研究了自旋半体在缓慢变化的磁场和弱耦合耗散环境（量子或经典）下的几何相位或Berry相位（BP）。我们研究了这个阶段是如何修改的环境，并发现修改是一个几何性质。虽然原始的BP（对于一个孤立系）是通过由磁场穿过的环路的单极场的通量，但环境引起的BP的修改是类四极场的通量。我们发现，环境引起的相位是复杂的，它的虚部是一个几何贡献的退相。它的符号取决于环的方向。与BP不同，这种几何失相对于磁场的开放路径是规范不变的。
2005-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Measurement Back-Reaction and Induced Toplogical Phases
它示出了一个拓扑矢量势（Berry相位）诱导的行为，测量角动量在一个方向上定义的参考粒子。这个矢量势是由于量子测量引起的反作用而出现的。
1998-01-29 quant-ph
Observation of High-Order Quantum Pancharatnam-Berry Phase with Structured Photons
该研究利用结构化光子实验探究了单光子态与N00N态的高阶PB相位差异，发现双光子态下PB相位可加倍，能提升大N值下的相位灵敏度，为量子精密测量等领域提供参考。
2025-06-12 quant-ph
Berry's phase on photonic quantum computers
Durham University（杜伦大学）；Institute for Particle Physics Phenomenology, Durham University（杜伦大学粒子物理现象学研究所）；Department of Mathematical Sciences, Durham University（杜伦大学数学科学系）
该研究提出了一种连续变量量子计算算法，用于在光子量子计算机上模拟带电粒子的贝里相位，并通过实验观测到几何相位现象。
2025-11-24 hep-ph hep-th quant-ph
Topological transitions of the generalized Pancharatnam-Berry phase
本文利用光学平台实验演示并研究了单量子比特广义测量所诱导的广义 Pancharatnam-Berry 几何相位随测量强度发生的拓扑转变，证明其对协议推广和部分缺陷具有鲁棒性。
2022-11-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Direct Measurement of Topological Properties of an Exceptional Parabola
非埃尔米特系统可以产生分支奇点，称为例外点（EP）。与厄米特系统中的奇点不同，EP的拓扑性质可以涉及产生判别数（DN）的本征值的缠绕或产生Berry相位的本征向量完整性。拓扑不变量的多重性也使得非厄米拓扑比厄米拓扑更丰富。在这里，我们研究了抛物线形轨迹形成的EP与理论和声学实验。通过测量本征值和本征函数获得DN和Berry相位，我们证明了EP轨迹赋予参数空间一个由两个非同伦类回路组成的非平凡基本群。我们的研究结果不仅揭示了奇异的非厄米拓扑，但也提供了一个路径的实验表征的非厄米拓扑不变量。
2021-06-24 physics.app-ph quant-ph
Berry phase for a Bose gas on a one-dimensional ring
本文研究了一个位于被合成磁通量管穿透的环上的强相互作用一维玻色子系统。通过Fermi-Bose映射，将该系统与自旋极化的无相互作用电子被螺线管（磁通量管）穿入环中的系统联系起来。在环上有一个外部局域δ函数势垒$V(ϕ)=g δ(ϕ-ϕ_0)$。研究了δ函数势垒绝热运动的Berry相随势$g$强度和粒子数$N$的变化. Berry相的行为可以通过量子力学反射和穿过移动势垒的隧穿来解释，移动势垒推动粒子围绕环。势垒在密度中产生一个尖点，对于电子（分别为玻色子）的情况，人们可以将丢失的电荷$Δq$（丢失密度）与之联系起来。我们表明，贝瑞相（即，Aharonov-Bohm相）不能用数量$Δq/\hbar \oint \mathbf{A}\cdot d\mathbf{l}$来识别。这意味着缺失的电荷不能被识别为（准）空穴。我们指出，这一结果和最近的研究在非相互作用系统中的合成任意子的连接。此外，对于玻色子，我们研究了弱相互作用制度，这是通过费米玻色对偶性在一维系统中的强相互作用的电子。
2020-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Dynamical Quantum Hall Effect in the Parameter Space
量子力学中的几何相位在拓宽我们对自然界中几何的基本意义的理解方面起着非凡的作用。最著名的例子之一是Berry相（M.V.Berry（1984），Proc. Royal. Soc. London A，392：45），这在量子绝热演化中自然出现。到目前为止，Berry相位的适用性和测量主要限于弱相互作用准粒子系统，其中干涉实验是可行的。在这里，我们展示了如何可以超越这个限制，并观察到的Berry曲率，因此在一般系统的Berry相位作为一个非绝热的物理观测值的外部参数的变化率的响应。这些结果可以解释为参数空间中的动力学量子霍尔效应。如果将电场看作矢量势的变化率，则传统的量子霍尔效应是一般关系式的一个特殊例子。我们通过分析相互作用的自旋链对旋转磁场的响应来说明我们的发现。我们观察到这种响应的量子化，这称为旋转量子霍尔效应。
2012-02-06 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Weak antilocalization of ultrarelativistic fermions
本文讨论了Berry相位对超相对论粒子在随机介质中绝热后向散射弱局域化现象的影响。我们证明了，玻色子通过一个特定的封闭路径，在相反的方向总是回来的相位（一个例子：后向散射增强的电磁波），而费米子正好在反相。这就产生了一个超相对论费米子的“完全弱反定域”：背散射场强度消失。
2005-06-21 cond-mat.dis-nn physics.optics quant-ph
Measurement of a Vacuum-Induced Geometric Phase
当一个量子系统被一个参数缓慢且周期性变化的外场驱动时，Berry的几何相位自然出现。系统和外场之间耦合的变化也可以引起几何相位，即使场处于真空态或任何其他Fock态。在这里，我们证明了真空诱导的Berry相位的外观在人造原子，超导transmon，与微波腔的单模相互作用。当我们改变相互作用的相位时，人造原子获得由在原子和量子场的组合希尔伯特空间中描绘的路径确定的几何相位。我们控制这一阶段的能力也为量子信息处理中原子-腔系统的几何操作开辟了新的可能性。
2016-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Momentum-space dynamics of Dirac quasiparticles in correlated random potentials: Interplay between dynamical and Berry phases
我们考虑狄拉克准粒子，实现与冷原子加载在蜂窝晶格或在$π$通量正方形晶格中，在存在一个弱关联的无序，使得无序波动不耦合的两个狄拉克点的晶格。我们数值和理论研究的准粒子的动量分布的时间演化时，他们最初准备在一个准单色波包与给定的平均动量。伪自旋自由度沿着动量空间中的散射路径的平行传输产生几何相位，该几何相位改变与互易散射路径相关联的干涉。在无质量的情况下，一个众所周知的倾角的动量分布发展在背散射（相应的狄拉克点考虑）周围的运输平均自由时间。由于三角形翘曲，这种倾斜后来在蜂窝情况下消失了。在大质量的情况下，散射路径的动力学相位变得至关重要。它与几何相位的相互作用在动量分布中诱导了额外的瞬态反射对称性破缺。这种不对称性的方向是狄拉克点的一种性质，与波包的能量无关。这些Berry相位效应在当前的冷原子晶格实验中可以观察到。
2014-04-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas quant-ph
