开放量子系统表现出普遍行为

普遍行为是相变的一个中心性质，例如，在超过一定温度不再具有磁性的磁体中可以看到这一点。来自凯泽斯劳滕、柏林和中国海南的一组研究人员首次成功地观察到了开放量子系统（铷原子浴中的单个铯原子）在时间发展过程中的这种普遍行为

这一发现有助于理解量子系统是如何达到平衡的。例如，这对量子技术的发展很有兴趣。这项研究已发表在《自然通讯》上

化学和物理中的相变是物质状态的变化，例如，当温度或压力等外部参数发生变化时，从液相到气相的变化

“磁铁就是一个很好的例子，”凯泽斯劳滕-兰道大学（RPTU）个人量子系统部门负责人Artur Widera教授说

“铁磁体在没有外部磁场的情况下表现出自发磁化，即它们具有固有的磁性，但仅在特定的临界温度以下。当温度上升到该点以上时，系统会发生连续的相变；超过该温度时，材料不再具有磁性。”

在一项实验中，相变时的普遍行为可以通过改变诸如压力、磁性或温度之类的参数来具体诱导。Widera继续说道，特别的是，物理量的这种行为“可以用几个关键参数来描述”，“这些参数反过来与所考虑的系统的细节无关。”

这种普遍行为也可以在量子世界中观察到吗，即在原子和亚原子水平上

在目前的研究中，Widera的研究团队将单个铯原子置于特定的量子状态，并将其浸入铷原子气体中。这种单量子系统（铯）与铷浴相互作用的组合在专业圈子里也被称为开放量子系统。铯原子和铷原子都被冷却到几乎为绝对零度

“与通常的观察结果相反，在我们的实验中，时间是应该达到临界点或临界时间的参数，”Widera的研究助理、该研究的合著者Jens Nettersheim博士说。为了实现这一点，研究人员必须用大量的能量激发量子系统。

“我们现在观察到的是，熵首先随着系统的发展而增加，”该项目的第一作者、理论物理学家吴凌娜补充道

研究人员将熵一词理解为对某个系统中无序度的衡量，因此也理解了粒子在一个系统中排列的可能性，比如铯和铷原子。系统中的无序度越大，熵就越高，反之亦然。吴说，“这种情况一直持续到熵达到最大值，然后熵再次下降。”

正是在这个关键时刻，量子系统的普遍行为开始了。柏林理工大学理论物理教授AndréEckardt领导了该项目的理论工作，他解释道，“此时，会发生以下情况：形象地说，系统会失去对先前发生的事情或确切初始状态的记忆。随后的动力学是普遍的。”在物理学中，这意味着行为可以用公式和参数来描述

研究表明，在开放量子系统中，存在关于时间的普遍行为。通过这项工作，物理学家们正在为更好地理解这些系统的基本功能做出贡献。Widera解释道：“目前还不完全清楚这种开放量子系统是如何释放能量的，即弛豫，以及热力学平衡是如何实现的。”

今天的许多技术应用都要归功于内置的量子技术。未来，它将发挥越来越重要的作用，例如在量子计算机或量子传感器中。因此，了解这些系统中发生了什么以及它们如何与环境相互作用是很重要的

Widera的团队在凯泽斯劳滕的RPTU进行了实验；这项研究的理论工作由柏林大学理论物理研究所的AndréEckardt教授领导的工作组提供，中国海南大学的Ling Na Wu也参与其中