近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所研究員陳曉松及合作者系統(tǒng)研究了各向異性量子Rabi模型的量子相變問(wèn)題，通過(guò)解析和數(shù)值計(jì)算模型的臨界指數(shù)和標(biāo)度函數(shù)，在有限自由度系統(tǒng)的相變中建立了普適性概念，并論述了其與熱力學(xué)極限下傳統(tǒng)普適性概念的等價(jià)性。

量子Rabi模型是描述光和物質(zhì)相互作用的簡(jiǎn)單模型。其場(chǎng)景為一個(gè)二能級(jí)原子與單模玻色場(chǎng)的線性耦合系統(tǒng)，是量子光學(xué)、量子信息、凝聚態(tài)物理及各種人工量子系統(tǒng)中的基本模型。1936年，諾貝爾獎(jiǎng)得主I.I.Rabi最早提了Rabi模型的半經(jīng)典版本。1963年，E.T.Jaynes和F.W.Cummings提出旋轉(zhuǎn)波近似下的量子版本Rabi模型，即Jaynes-Cummings(J-C)模型，該模型在量子光學(xué)發(fā)展早期扮演了極其重要的角色。21世紀(jì)以來(lái)，Rabi模型的研究煥發(fā)了新的活力。該模型在各種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（如cavity QED、超導(dǎo)量子電路、離子阱、自旋-軌道耦合量子點(diǎn)等）的廣泛運(yùn)用，為研究者們實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)耦合，甚至是深強(qiáng)耦合提供了幫助；同時(shí)，更廣闊的實(shí)驗(yàn)參數(shù)區(qū)域帶來(lái)的各種新物理現(xiàn)象，也對(duì)理論研究者們提出了新的挑戰(zhàn)——在量子Rabi模型中發(fā)現(xiàn)量子相變就是實(shí)例。傳統(tǒng)的相變理論認(rèn)為，相變必須在熱力學(xué)極限下才能發(fā)生。在量子Rabi模型這種有限自由度系統(tǒng)中也能發(fā)生相變，很大程度上拓展了人們對(duì)相變本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。但普適性作為相變中的核心概念，在量子Rabi模型相變的研究中并未被觸及。

陳曉松團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，能否在有限自由度系統(tǒng)中建立普適性概念是本領(lǐng)域研究進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵所在。據(jù)此，該團(tuán)隊(duì)成功在解析計(jì)算等方面取得了突破，獲得了各向異性Rabi模型的相圖、標(biāo)度函數(shù)、臨界指數(shù)；以上述成果為基礎(chǔ)，普適性的概念在有限自由度系統(tǒng)中得到了建立；進(jìn)一步將結(jié)論推廣到任意原子數(shù)的Dicke模型中，并與熱力學(xué)極限下的傳統(tǒng)普適性概念進(jìn)行了等價(jià)性論述。同時(shí)，該研究中也首次獲得了J-C模型連續(xù)相變的不連續(xù)標(biāo)度函數(shù)。以上研究成果將對(duì)進(jìn)一步理解量子Rabi模型及超強(qiáng)耦合相關(guān)的量子現(xiàn)象、量子相變和相變普適性概念等提供思路。

該研究在與北京計(jì)算科學(xué)研究中心、蘭州大學(xué)等單位科研人員的合作下完成，是相變與臨界現(xiàn)象和量子物理、凝聚態(tài)物理領(lǐng)域交叉合作的研究成果。相關(guān)研究成果發(fā)表在Physical Review Letters上，并被推選為亮點(diǎn)文章。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、歐洲FET項(xiàng)目等的資助。