单个自旋量子动力学中希尔伯特空间各态历经性的层级观测
“各态历经性”这一特性指系统随时间演化会遍历所有允许的配置,它在解释经典动力学系统的平衡行为中具有关键作用。然而由于能量本征态(即动力学中的稳态)的存在,量子系统通常不具备这一特性。但近期理论研究提出,对于由非周期性时间依赖的哈密顿量驱动的量子系统(这类系统不受上述限制),可能表现出希尔伯特空间在不同层级上的各态历经探索——其程度可通过时间演化量子态的统计伪随机性来衡量。本研究通过实验探究了金刚石固态缺陷实现的单个量子自旋系统在不同时间依赖调制下,其动力学可能达到的“希尔伯特空间各态历经性”(HSE)层级。通过全态层析成像技术持续监测自旋轨迹,研究人员观测到从时间周期(Floquet)驱动中的零HSE,到平滑kick式时间准周期驱动中的部分HSE,再到由斐波那契词生成的kick序列驱动中完全HSE的不同程度表现。该团队将观察到的HSE层级提升归因于驱动序列复杂性的递增,并阐明了相关概念,从而建立起理论理解框架。这项工作首次为希尔伯特空间各态历经性提供了明确实验证据,推动了对封闭量子系统达到平衡的机制与精细层级的深入研究。
