多粒子量子速度极限在可观测量中的实现

量子速度极限描述了量子态转化的最快速度，是量子控制、量子计算等领域的基础。此前研究多聚焦于单粒子或幺正系统，而多粒子系统中可观测量（可测量物理量的期望值）的量子速度极限（期望值变化率），尤其在与环境相互作用的非幺正开放系统中的实验探索尚未开展。

本研究利用双光子线性光学实验，通过石英晶体板、楔形石英晶体和线性电机平台构建可变长度石英晶体系统，实现了超高精度的量子演化时间控制，进而完成高密度采样。这一方法能直接通过期望值的中心差分计算量子速度，克服了传统稀疏采样需曲线拟合的局限。

实验主要发现：首先，多粒子和量子纠缠可显著加速量子演化。单粒子、乘积两粒子和纠缠两粒子系统的最优初始态（如贝尔态）对应的量子速度上限依次提升，加速比符合理论预测的标准量子极限和海森堡极限，例如纠缠态演化至正交态的时间仅为乘积态的一半。其次，初始量子态对量子速度极限起关键作用，选择合适的初始态（如远离哈密顿量本征态的态）可最大化量子速度。最后，在引入非幺正马尔可夫噪声（如退相干）的双光子开放系统中，尽管噪声会降低多粒子带来的加速效应，但量子速度的上下界依然成立，且在特定区域噪声甚至能小幅加速量子演化。

该研究不仅验证了多粒子量子速度极限的普适性（结果可推广到更多粒子系统），还为复杂量子系统的动态瞬态特性表征和大规模量子系统的量子速度控制提供了实验基础，有望应用于量子计量、量子电池充电优化和量子计算加速等领域。