Квантовый эффект бабочки⁠⁠

Физикам из Китая удалось точно измерить, как нарастает хаос в сложной квантовой системе. Группа ученых под руководством Ю-Чэнь Ли из Китайского университета науки и технологий исследовала так называемый квантовый эффект бабочки — явление, при котором даже мельчайшие возмущения способны кардинально изменить эволюцию системы.

Используя метод ядерного магнитного резонанса, ученые наблюдали за поведением запутанных атомных спинов и обнаружили, что при попытке обратить время вспять уровень хаоса в системе начинает расти с экспоненциальной скоростью.

Секрет кроется в процессе, который физики называют "скремблированием" — перемешиванием квантовой информации. В многочастичных системах информация о начальном состоянии не исчезает, а словно "размазывается" по паутине квантовых связей между частицами.

Чем сильнее запутанность, тем быстрее информация уходит в сложные корреляции, делая систему непредсказуемой. Китайские исследователи применили инновационную теоретическую модель на основе коллективных возбуждений — "скремблонов", — которая позволила им отсеять экспериментальные ошибки и впервые с высокой точностью зафиксировать экспоненциальный рост хаоса.

Понимание того, как именно нарастает квантовый хаос, помогает разработчикам квантовых компьютеров создавать более эффективные методы защиты от ошибок. Ведь любое неконтролируемое взаимодействие с окружающей средой грозит запустить тот самый эффект бабочки, разрушив хрупкие квантовые состояния. Работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, приближает нас к миру, где управление сложнейшими квантовыми системами станет таким же предсказуемым, как классические вычисления.