近日，郑州大学物理学院与中科院精密测量研究院等单位合作，利用超冷40Ca+离子所构造的量子模拟实验平台，精巧设计并实现了可控的量子体系非平衡热力学过程，首次在单原子层面上准确验证了量子开放体系的操控速度与体系的熵增加率必须受一个内禀的测不准关系制约，并且有望将该测不准关系普适性从量子拓展到经典体系。相关研究成果以“Experimental Verification of Dissipation -Time Uncertainty Relation”为题发表在物理学国际权威期刊《Physical Review Letters》上，并入选编辑推荐文章及物理《PHYSICS》亮点推介。物理学院闫磊磊研究员为论文第一作者，苏石磊副教授和中科院精密测量研究院周飞、冯芒研究员为共同通讯作者，物理学院贾瑜教授与梁二军教授为论文重要作者。

对于量子力学而言，测不准原理是其基石之一。在实际量子操控过程中，会不可避免地受到环境因素影响，尽管在某种程度上，这种影响对量子测量、量子初态制备和量子信息读取等有积极作用，但其噪声使量子操控的保真度大大减弱。因此，快速操控真实体系的量子态除了需要量子技术的提升，也要考虑其它非量子因素。

闫磊磊研究员、苏石磊副教授研究团队与中科院精密测量研究院等单位合作，基于40Ca+离子的精密操控关键技术，由单个超冷40Ca+离子构造的量子模拟实验平台，精巧设计了四个独立可控的耗散通道，实现了对热力学过程速度的精准操控。同时，研究人员还自主发展了数据处理方法，使整个热力学过程的细节可以通过实验测量和数值处理精确地呈现出来。基于这些成果，他们演示了系统熵流对过程实现速率的限制，并最终直接验证了“耗散-时间不确定关系”在量子体系中完全成立。本工作有助于理解真实量子操控的速度限制，对进一步优化量子测量、量子初态制备和量子信息读取等技术有重要价值。尤为重要的是，该工作展示了单个离子构成的量子模拟器就能精确可信地模拟难以真实观察到的量子非平衡热力学过程，再次表明量子技术的巨大潜力和作为一项颠覆性技术的未来前景。

该研究成果不仅涉及量子力学的基本问题，而且对于正确认识量子测量、量子态制备具有重要指导作用。论文发表后被《Physical Review Letters》被编辑推选为本期“Editors’ Suggestion”（编辑推荐）高亮点论文，同时被编辑部推选为“Featured in Physics”（物理特色论文）。成果受到了国际同行和知名专家的关注，其中英国著名学者Philip Ball教授以“Speed Limit on Change”为题在美国物理学会（APS）新闻期刊《Physics》做“Focus”（焦点）论文评述。牛津大学Vlatko Vedral教授评论说 ：“实验结果非常引人注目，这是因为在量子过程中追踪所有能量损失是极具挑战的”。

该研究得到科技部国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、河南省自然科学基金项目与广东省重点领域研发计划重大专项等项目的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.050603

美国物理学会焦点评述链接：https://physics.aps.org/articles/v15/17