蔡小明 博士，副研究员
研究部门：可积系统研究组，理论与交叉研究部，中科院精密测量科学与技术创新研究院
地 址：湖北武汉武昌区小洪山西30号中科院精密测量科学与技术创新研究院M楼
邮 编：430071
办 公 室：M楼1315室
Email： cxmpx@wipm.ac.cn
个人主页：http://mp.apm.ac.cn/xmcai
受教育和工作经历：
2012/07——2013/10，中国科学院武汉物理与数学研究所，助理研究员。
2010/09——2012/06，中国科学院物理研究所，博士后，合作导师：陈澍研究员。
2005/09——2010/06，中国科学院物理研究所，博士，导师：王玉鹏研究员。
2001/09——2005/06，同济大学，理学院物理系，本科。
研究方向：
一维多体体系、一维冷原子体系、低维拓扑、一维无序体系、一维非厄密体系。
个人简介：
本人主要从事低维凝聚态理论研究。现发表SCI学术论文合计共20余篇，其中3篇《物理评论快讯Phys.Rev.Lett.》(两篇一作，一篇二作)，其他PR系列10余篇。研究工作主要集中在一维准晶体系的拓扑量子相变、对称性破缺和局域化以及一维量子少体体系的非平衡动力学。近期主要研究低维非厄密和开放体系中的新奇物理，并探索其可能的应用。包括非厄密拓扑、趋肤效应（skin effect）、时空对称性破缺和开放体系中的拓扑和可积等传统凝聚态物理中不存在的新奇物理现象。
特色工作:
相互作用冷原子系统实现超越标准量子极限的精密测量的研究
量子纠缠、量子 Fisher 信息是量子精密测量中关于参数估计的核心研究内容，给出了参数测量精度的理论极限。在量子增强精密测量方案中，如何利用量子关联是提升测量精度的关键。课题组研究团队利用解析方法结合数值计算详细研究了三粒子体系在不同量子统计和相互作用下的能谱和量子行走过程，对共同量子行走的统计依赖特性给出了严格的理论解释，从而揭示了从散射态到束缚态量子行走的微观机制。 提出利用三粒子在重力作用下的量子行走过程中的量子关联现象和多粒子共同量子行走来提高重力测量的精度。一维格点中的多个粒子，在重力作用下的量子行走表现为布洛赫振荡，其振荡频率依赖量子关联特性且正比于重力大小。利用这一特性可以实现对重力的高精度测量。为此，研究团队从理论上计算了不同量子行走过程的量子 Fisher 信息，发现在短时间内 Fisher 信息正比于时间的三次方，可超越标准量子极限；而在长时间尺度上正比于时间的平方，达到标准量子极限。研究发现三玻色子共同量子行走有着最大的量子 Fisher 信息，为重力的精密测量提供了一种新方法。进一步，通过对比无相互作用和强相互作用下的三玻色子量子行走，可以检验等效原理。这些结果可为将来多粒子量子行走的实验设计以及重力的精密测量提供理论指导。该工作发表在《物理评论快报》上 [Phys. Rev. Lett. 127, 100406 (2021)]。
三费米子和三玻色子量子行走
边界依赖的拓扑和安德森局域化
安德森局域化是凝聚态物理的核心问题之一，描述了无序导致电子波函数从扩展态到局域态的转变。传统理论认为，一维体系中任意弱无序均会引发局域化，但准周期体系（如Aubry-André-Harper模型）因其独特的自对偶性，可在有限势强下发生局域化相变。近年来，非厄米系统的研究为这一领域注入了新的活力，其非互易 hopping 和增益/损耗机制催生了诸如非厄米趋肤效应、异常点等新奇现象。本研究聚焦同时包含非互易 hopping 和复数准周期势的非厄米AAH模型，取得了多项重要发现。首先，在周期边界条件下，系统存在自对偶映射，局域化相变点与拓扑相变点一致，表现为所有本征态在临界势强下同时局域化。而在开放边界条件下，非厄米趋肤效应导致局域化与拓扑性质解耦，形成边界依赖的物理行为。其次，局域态波函数呈现独特的非对称指数衰减，其左右两侧衰减速率不同，局域化长度由准周期势强度和非厄米参数共同决定。此外，研究还提出了该模型在电路平台中的实验实现方案，为后续实验验证奠定了基础。总之，通过理论分析和数值模拟，深入探讨了非互易 hopping 和复数准周期势共同作用下的新型局域化行为，揭示了边界条件对局域化相变的关键影响，并提出了拓扑性质与局域化分离的新机制。【Phys. Rev. B 103, 014201(2021)】
开边界条件下的能谱和边缘态
文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.014201
发表文章：
22): Yi-Cong Yu and Xiaoming Cai, Controlled transport in chiral quantum walks on graphs, New. J. Phys. 25, 083034 (2023)
21): Enguo Guan, Gang Wang, Xi-Wen Guan, and Xiaoming Cai, Reentrant localization and mobility edges in a spinful Aubry-André-Harper model with a non-Abelian potential, Phys. Rev. A 108, 033305 (2023)
20): Xiaoming Cai and Y. –C. Yu, Exact mobility edges in quasiperiodic systems without self-duality, J. Phys.: Condens. Matter 35, 035602 (2023).
19): Ning Wu, Hosho Katsura, Sheng-Wen Li, Xiaoming Cai, and Xi-Wen Guan, Exact solutions of few-magnon problems in the spin-S periodic XXZ chain, Phys. Rev. B 105, 064419 (2022)
18): Xiaoming. Cai and S. –J. Jiang, Equivalence and superposition of real and imaginary Quasiperiodicities, New J. Phys. 24, 113001 (2022).
17): Xiaoming Cai, Localization transitions and winding numbers for non-Hermitian Aubry-André-Harper models with off-diagonal modulations, Physical Review B 106, 214207 (2022).
16): Xiaoming Cai, Hongting Yang, Hai-Long Shi, Chaohong Lee, Natan Andrei, and Xi-Wen Guan, Multiparticle Quantum Walks and Fisher Information in One-Dimensional Lattices, Phys. Rev. Lett. 127, 100406(2021).
15): Xiaoming Cai, Boundary-dependent self-dualities, winding numbers, and asymmetrical localization in non-Hermitian aperiodic one-dimensional models, Phys. Rev. B 103, 014201(2021).
14): Xiaoming Cai, Localization and topological phase transitions in non-Hermitian Aubry-André-Harper models with p-wave pairing, Phys. Rev. B 103, 214202(2021).
13): Xiaoming Cai, Phase diagram of the incommensurate off-diagonal Aubry–André modelwith p-wave pairing, J. Phys.: Cond. Matt. 30 345601 (2018)
12): Yadong Song, Xiaoming Cai, Properties of One-Dimensional Highly Polarized Fermi Gases, Chin. Phys. Lett. 35 110301(2018)
11): J. Wen, J.-Q. Zhang*, L.-L. Yan*, L. Chen, X.-M. Cai* and M. Feng*, Phonon localization in an ion chain under irradiation with a Bessel laser beam, Physical Review A 98, 013829 (2018).
10): Xiaoming Cai, Disordered Kitaev chains with long-range pairing, Journal of Physics: Condensed Matter 29, 115401(2017)
9): Xiaoming Cai, Quench dynamics of ultracold atoms in one-dimensional optical lattices with artificial gauge fields, Chin. Phys. B 26, 086701(2017)
8): Xiaoming Cai, Quantum phase transitions and phase diagram for 1D p-wave superconductor with incommensurate potential
J. Phys.: Condens. Matter 26 (2014) 155701.
7): Xiaoming Cai, Lijun Lang, Shu Chen and Yupeng Wang
Topological superconductor to Anderson localization transition in one-dimensional incommensurate lattices
Phys. Rev. Lett. 110, 176403 (2013) arXiv:1208.2532
6): Xiaoming Cai, Shu Chen and Yupeng Wang
Quantum dynamics in driven sawtooth lattice under uniform magnetic field
Physical Review A 87.013607(2013)
5): Lijun Lang, Xiaoming Cai, Shu Chen and Yupeng Wang
Edge states and topological phases in one-dimensional optical superlattices
Physical Review Letters 108 .220401(2012) arXiv:1110.6120
4): Xiaoming Cai, Shu Chen and Yupeng Wang
Quantum dynamics of hard-core bosons in tilted bichromatic optical lattice
Physical Review A 84, 033605(2011) arXiv:1106.2371
3): Xiaoming Cai, Shu Chen and Yupeng Wang
Quantum criticality in disordered bosonic optical lattice
Physical Review A 83, 043613(2011) arXiv:1011.5387
2): Xiaoming Cai, Shu Chen and Yupeng Wang
Ground-state and dynamical properties of hard-core bosons on one-dimensional incommensurate optical lattices with harmonic trap
Physical Review A 81, 053629(2010) arXiv:1002.0194
1): Xiaoming Cai, Shu Chen and Yupeng Wang
Superfluid to Bose-glass transition of hard core bosons in one-dimensional incommensurate optical lattice