Ученые измерили «эффект бабочки»

Группа физиков из Китая впервые экспериментально зафиксировала, как хаос экспоненциально нарастает в квантовой системе при попытке обратить ее эволюцию во времени, передает Physical Review Letters.

Исследователи изучали так называемый квантовый «эффект бабочки» — явление, при котором малейшие ошибки или возмущения в начальных условиях приводят к резкому росту хаоса и невозможности точно восстановить исходное состояние.

Для эксперимента команда использовала твердотельный ядерный магнитный резонанс (NMR), управляя спинами атомных ядер с помощью магнитных полей и радиочастотных импульсов. Ученые наблюдали, как информация о начальном состоянии «расплывается» по системе за счет 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 применили новую теоретическую модель на основе «скрэмблонов» — коллективных возбуждений, отвечающих за распространение информации в системе. Это позволило скорректировать экспериментальные ошибки и впервые четко 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.