論文の概要: Non-Hermitian Exceptional Topology on a Klein Bottle Photonic Circuit

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.20273v1
• Date: Tue, 23 Dec 2025 11:25:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-24 19:17:49.846558
• Title: Non-Hermitian Exceptional Topology on a Klein Bottle Photonic Circuit
• Title（参考訳）: クラインボトルフォトニック回路上の非エルミタン例外位相
• Authors: Ze-Sheng Xu, J. Lukas K. König, Andrea Cataldo, Rohan Yadgirkar, Govind Krishna, Venkatesh Deenadayalan, Val Zwiller, Stefan Preble, Emil J. Bergholtz, Jun Gao, Ali W. Elshaari,
• Abstract要約: 非エルミート物理学は、エルミート系の到達範囲を超えて、多くの非伝統的な波動現象を解き放った。 我々は、任意の非エルミート時間進化をエミュレートできるスケーラブルで再構成可能なシリコンフォトニック集積回路を提案する。 この結果は、非向き多様体上の例外位相の最初のフォトニック実現を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.4987166022346625
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Non-Hermitian physics has unlocked a wealth of unconventional wave phenomena beyond the reach of Hermitian systems, with exceptional points (EPs) driving enhanced sensitivity, nonreciprocal transport, and topological behavior unique to non-Hermitian degeneracies. Here, we present a scalable and reconfigurable silicon photonic integrated circuit capable of emulating arbitrary non-Hermitian time evolution with high precision. Using this programmable platform, we implement a two-band non-Hermitian Hamiltonian defined on a Klein-bottle topology a nonorientable parameter space that enables exceptional phases forbidden on orientable manifolds. Through an on-chip amplitude-and-phase reconstruction protocol, we retrieve the full complex Hamiltonian at multiple points in parameter space and experimentally map the associated Fermi arc where the imaginary eigenvalue gap closes. The orientation of the measured Fermi arc reveals a nontrivial exceptional topology: it implies the presence of same-charge EPs (or an EP monopole) that cannot annihilate locally on the Klein bottle. Our results demonstrate the first photonic realization of exceptional topology on a nonorientable manifold and establish a versatile platform for exploring exotic non-Hermitian and topological models relevant to classical and quantum photonics.
• Abstract（参考訳）: 非エルミート物理学は、エルミート系の到達を超えた多くの非伝統的な波動現象を解き放ち、例外的な点(EP)が強化感度、非相互輸送、非エルミート退化に特有の位相的挙動を駆動している。 本稿では、任意の非エルミート時間進化を高精度でエミュレートできるスケーラブルで再構成可能なシリコンフォトニック集積回路を提案する。 このプログラマブルプラットフォームを用いて、Klein-Bottle位相上に定義された2バンド非エルミート的ハミルトン空間を非オリエンタブルパラメータ空間として実装し、非オリエンタブル多様体上の例外位相を許す。 オンチップの振幅・位相再構成プロトコルにより、パラメータ空間の多重点における完全複素ハミルトニアンを検索し、虚数固有値ギャップが閉じたフェルミ弧を実験的にマッピングする。 測定されたフェルミ弧の配向は非自明な例外的位相を示しており、クラインのボトルに局所的に消滅できない同電荷EP(またはEPモノポール)の存在を示唆している。 この結果は、非配向多様体上の例外位相の最初のフォトニック実現を実証し、古典的および量子フォトニクスに関連するエキゾチックな非エルミート的およびトポロジ的モデルを探索するための汎用的なプラットフォームを構築した。

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