物理学家证实了长期被怀疑存在的量子热化速度极限

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在等待冬季汽车玻璃上的冰雪融化，或是等待一杯冷饮慢慢变凉时，一个物体与其周围环境达到稳定且平衡的温度（热平衡）所需的时间取决于众多因素。这些因素包括表面积、物体的材料特性以及空气流通情况。

然而，当我们在量子计算机中逼近量子比特所运行的亚原子尺度时，便会有一套不同的规则开始发挥作用。外部条件依然重要，但根据发表在《Nature Physics》期刊上的一篇新论文，量子力学为不同量子系统多快能够达到热平衡设定了一条基本速度上限。

这一发现的重要性在于，这一界限具有普遍性。无论施加多少能量，或系统被多强地引导，这一过程都无法被加速。

探索一种普遍的速度极限

数十年来，物理学家们在超导体和量子系统中已观察到这一普朗克尺度的蛛丝马迹，从而推测存在一种普适的速度上限。然而，却始终缺乏一个能够确立这一上限的普遍性数学证明。

在这一点上，奥地利科学院的Paolo Abiuso及其同事们登场了。

研究人员建立了一个普适的数学框架，将热化（thermalization）视为一种能够使不同量子系统达到相应热态的过程。他们利用量子信息理论，计算了这一过程在量子力学定律约束下能够以多快的速度实现。

为了将研究结果具体化，团队将他们的方程应用于相互作用量子粒子系统的理论模型，并从数学角度对其行为进行了研究。

无法突破的速度上限

那么，所有这些数值计算和理论化最终得出了什么结论？

该团队证明，量子力学为不同量子系统趋向热平衡的过程设定了一个速度上限。他们发现，这一上限由温度以及两个基本自然常数——约化普朗克常数和玻尔兹曼常数——所决定。

“因此，这一限制源于一个观察结果，即热化机器无法违反海森堡极限——也就是对量子特性能够被精确测量的基本限制”，论文作者写道。

这意味着，在更高温度下，量子系统达到热平衡所需的最短时间可能更短，但即使在适用情况下，它们仍无法超越这一基本速度极限。研究结果证实，这一速度极限取决于温度和量子力学，无论周围环境的复杂程度如何。

然而，在极低温度下，这一限制由系统最低两个能量状态之间的能量差所决定。

这篇文章远不止是一项巧妙的数学研究。理解这些宇宙速度极限，有助于研究人员开发出更好的量子计算机，乃至整个量子技术领域。

本文由保罗·阿诺德撰写，丽莎·洛克编辑，罗伯特·伊根进行事实核查与审校，全文凝聚了精心的人工心血。Science X 的持续独立科学报道依赖于广大读者的支持。如果这条新闻对您具有重要意义，您可以考虑进行捐赠，尤其是按月捐赠。作为回馈，您将获得一个无广告账户。

Paolo Abiuso 等，《热化普朗克界的信息论证明》，《自然·物理学》（2026年）。DOI: 10.1038/s41567-026-03397-y

伦敦大学生物学学士学位。拥有国际经验的BBC纪录片制片人。来自西班牙南部，现从事自由职业。

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BA 艺术史硕士，MA 物质文化。前编辑、急救医护人员及移植协调员。自 2021 年起为 Science X 从事编辑工作。

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数学生物学本科，创意写作硕士。游历广泛，在科学与语言领域拥有独特视角。完整资料 →

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