Identifying the general mechanics behind the equilibration of a complex isolated quantum system towards a state described by only a few parameters has been the focus of attention in non-equilibrium thermodynamics. And several experimentally unproven conjectures are proposed for the statistical description of quantum (non-)integrable models. The plausible eigenstate thermalization hypothesis (ETH), which suggests that each energy eigenstate itself is thermal, plays a crucial role in understanding the quantum thermalization in non-integrable systems; it is commonly believed that it does not exist in integrable systems. Nevertheless, integrable systems can still relax to the generalized Gibbs ensemble. From a microscopic perspective, understanding the origin of this generalized thermalization that occurs in an isolated integrable system is a fundamental open question lacking experimental investigations. Herein, we experimentally investigated the spin subsystem relaxation in an isolated spin–orbit coupling quantum system. By applying the quantum state engineering technique, we initialized the system with various distribution widths in the mutual eigenbasis of the conserved quantities. Then, we compared the steady state of the spin subsystem reached in a long-time coherent dynamics to the prediction of a generalized version of ETH and the underlying mechanism of the generalized thermalization is experimentally verified for the first time. Our results facilitate understanding the origin of quantum statistical mechanics.

识别复杂的孤立量子系统向仅由几个参数描述的状态的平衡背后的一般力学一直是非平衡热力学中关注的焦点。并且针对量子（非）可积模型的统计描述提出了几个未经实验证明的猜想。似是而非的本征态热化假说（ETH）表明每个能量本征态本身都是热的，在理解不可积系统中的量子热化方面起着至关重要的作用；人们普遍认为它不存在于可积系统中。尽管如此，可积系统仍然可以放松到广义 Gibbs 系综。从微观的角度来看，了解在孤立的可积系统中发生的这种广义热化的起源是一个缺乏实验研究的基本开放性问题。在这里，我们通过实验研究了孤立的自旋轨道耦合量子系统中的自旋子系统弛豫。通过应用量子态工程技术，我们在守恒量的互本征基中初始化了具有各种分布宽度的系统。然后，我们将在长期相干动力学中达到的自旋子系统的稳态与对广义版本 ETH 的预测进行比较，并首次通过实验验证了广义热化的潜在机制。我们的结果有助于理解量子统计力学的起源。我们通过实验研究了孤立的自旋轨道耦合量子系统中的自旋子系统弛豫。通过应用量子态工程技术，我们在守恒量的互本征基中初始化了具有各种分布宽度的系统。然后，我们将在长期相干动力学中达到的自旋子系统的稳态与对广义版本 ETH 的预测进行比较，并首次通过实验验证了广义热化的潜在机制。我们的结果有助于理解量子统计力学的起源。我们通过实验研究了孤立的自旋轨道耦合量子系统中的自旋子系统弛豫。通过应用量子态工程技术，我们在守恒量的互本征基中初始化了具有各种分布宽度的系统。然后，我们将在长期相干动力学中达到的自旋子系统的稳态与对广义版本 ETH 的预测进行比较，并首次通过实验验证了广义热化的潜在机制。我们的结果有助于理解量子统计力学的起源。我们在守恒量的互本征基中用各种分布宽度初始化系统。然后，我们将在长期相干动力学中达到的自旋子系统的稳态与对广义版本 ETH 的预测进行比较，并首次通过实验验证了广义热化的潜在机制。我们的结果有助于理解量子统计力学的起源。我们在守恒量的互本征基中用各种分布宽度初始化系统。然后，我们将在长期相干动力学中达到的自旋子系统的稳态与对广义版本 ETH 的预测进行比较，并首次通过实验验证了广义热化的潜在机制。我们的结果有助于理解量子统计力学的起源。