量子系统会不可避免地与环境耦合形成开放量子系统，有可能呈现出与传统封闭系统截然不同的物理性质。近年来，研究者发现了一些仅在开放量子系统中才存在的量子相，如平均对称性保护拓扑相（average symmetry-protected topological (ASPT) phase）和强-弱自发对称性破缺相（strong-to-weak spontaneous symmetry breaking (SWSSB) phase），正推动我们重新认识量子相与量子相变的本质。

       最近，杨硕课题组首次提出并构造了一类开放系统的新型量子相——双重ASPT相（double ASPT phase）。这一物相的独特之处在于同时呈现出拓扑物态和对称性破缺两种性质，而这二者在封闭系统中是不可能共存的。研究组此前提出了虚时Lindbladian演化方法，可以构建和分类开放系统的量子相[arXiv: 2408.03239]。在此基础上，研究组系统研究了从平凡相到SWSSB相的量子相变，并揭示了关联长度发散、纠缠熵发散、虚时Lindbladian超算符能隙关闭等量子相变的普适性质。研究组进一步构造了具有全局Z₂×Z₂对称性的一维开放量子系统，并得到了完整的相图（见图1）。结果展示出三种不同的相变机制（包括：强对称性到弱对称性、强对称性到无对称性、弱对称性到无对称性）导致的无能隙拓扑临界行为，以及两个拓扑上不等价的三相点（见图1中五角星）。此工作不仅丰富了开放系统中量子相和量子相变的分类结构，也为进一步研究开放量子系统的拓扑临界行为和量子信息处理提供了理论基础。

图1：开放量子系统的相图与虚时Lindbladian超算符的解析构造

       该成果以“Strong-to-weak spontaneous symmetry breaking meets average symmetry protected topological order”为题，于2025年5月12日在 Physical Review B 上以 Letter 的形式发表，并被遴选为 Editors’ Suggestion。物理系博士生郭雨尘为本文第一作者，物理系副教授杨硕为本文通讯作者。此工作得到了国家自然科学基金、清华大学低维量子物理全国重点实验室、量子信息前沿科学中心、合肥实验室项目的支持。

       文章链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.111.L201108