高温平移不变系统中必须发生量子热化
量子物理
2026-01-08 v3 统计力学
摘要
量子热化描述了封闭量子系统如何有效达到热平衡，从而解决了薛定谔方程可逆性与热力学第二定律之间表面的矛盾。尽管其普遍性和概念意义突出，但导致量子热化出现的精确条件仍不为人知。经过近一个世纪的努力，我们迄今尚未找到完整的数学证明，证明有效的统计描述如何自然地从基本的量子动力学中涌现。本文证明，在三个条件满足时，任何具有局域相互作用的qubit系统中都必须发生量子热化：(i) 高有效温度，(ii) 平移不变性，以及(iii) 能谱中不存在完美共振。具体而言，我们表明，从具有大熵和明确有效温度的任意分布中抽取的典型低复杂度纯态在单位演化后，与Gibbs态在局部上无法区分。在此设置下，我们的严谨结果证明了广为期待的统计物理应作为一种从量子力学基本原理中显式推导的涌现现象。
引用
@article{arxiv.2409.07516,
title = {Quantum thermalization must occur in translation-invariant systems at high temperature},
author = {Saúl Pilatowsky-Cameo and Soonwon Choi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.07516},
year = {2026}
}
备注
8 pages, 3 figures, 20 page supplement. New results for low-complexity initial states and generalized Gibbs states. New title