Учёные впервые измерили «квантовый эффект бабочки» и рост хаоса во времени

Группа физиков из Китая впервые экспериментально измерила, как хаос экспоненциально нарастает в квантовой системе при попытке обратить её эволюцию во времени.

Исследователи изучали так называемый «квантовый эффект бабочки» — явление, при котором малейшие ошибки или возмущения в начальных условиях квантовой системы приводят к резкому росту хаоса и невозможности точно восстановить исходное состояние. Для этого команда использовала твердотельный ядерный магнитный резонанс (NMR), управляя спинами атомных ядер с помощью магнитных полей и радиочастотных импульсов.

В ходе эксперимента учёные наблюдали, как информация о начальном состоянии «расплывается» по системе за счёт квантовой запутанности, а затем пытались обратить эволюцию назад. Даже при идеальных уравнениях квантовой механики малейшие ошибки приводили к экспоненциальному росту хаоса — этот процесс удалось количественно описать с помощью специального коррелятора (OTOC).

Для анализа данных была применена новая теоретическая модель на основе «скрэмблонов» — коллективных возбуждений, отвечающих за распространение информации в системе. Это позволило скорректировать экспериментальные ошибки и впервые чётко зафиксировать экспоненциальный рост хаоса при обратимости времени.

Результаты важны для развития квантовых симуляций и вычислений, где контроль над хаосом и ошибками критичен. Работа также открывает новые возможности для изучения фундаментальных свойств квантового мира.

 Источник: Physical Review Letters