Adiabaticity in nonreciprocal Landau-Zener tunneling

物理 绝热过程 量子隧道 量子力学 哈密顿量(控制论) 特征向量 绝热定理 约瑟夫森效应 非线性系统 避免穿越 量子 激发态 超导电性 数学 数学优化
作者
Wen-Yuan Wang,Bin Sun,Jie Liu
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:106 (6) 被引量:9
标识
DOI:10.1103/physreva.106.063708
摘要

We investigate the Landau-Zener tunneling (LZT) of a self-interacting two-level system in which the coupling between the levels is nonreciprocal. In such a non-Hermitian system, when the energy bias between two levels is adjusted very slowly, i.e., in the adiabatic limit, we find that a quantum state can still closely follow the eigenstate solution until it encounters the exceptional points (EPs) at which two eigenvalues and their corresponding eigenvectors coalesce. In the absence of the nonlinear self-interaction, we can obtain explicit expressions for the eigenvectors and eigenvalues and analytically derive the adiabatic LZT probability from invariants at EPs. In the presence of the nonlinear interaction, the dynamics of the adiabatic evolutions are explicitly demonstrated with the help of classical trajectories in the plane of the two canonical variables of the corresponding classical Josephson Hamiltonian. We show that the adiabatic tunneling probabilities can be precisely predicted by the classical action at EPs in the weak nonreciprocal regime. In a certain region of strong nonreciprocity, we find that interestingly, the nonlinear interaction effects can be completely suppressed so that the adiabatic tunneling probabilities are identical to their linear counterparts. We also obtain a phase diagram for large ranges of nonreciprocity and nonlinear interaction parameters to explicitly demonstrate where the adiabaticity can break down, i.e., the emergence of the nonzero tunneling probabilities even in adiabatic limit.

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