耗散量子混沌的实验探测

对孤立量子系统中混沌现象长达四十余年的研究,已揭示了诸如能级排斥和本征态热化等普适特征——这些成果构成了我们理解复杂量子动力学的基础。新兴的耗散量子混沌领域正在探索:当量子系统与环境相互作用起关键作用时,这些特性如何在开放量子系统中显现。该研究团队通过测量高保真超导量子处理器上开放多体量子系统的复杂间隔比(CSR),首次实验探测到耗散量子混沌与可积性。利用基于梯度测量的层析成像技术,研究人员观察到混沌耗散电路呈现“环形”CSR分布,这是开放量子系统中能级排斥的标志特征;而对于可积电路,CSR分布原点处的尖锐峰证明了谱关联的消失。随着可积耗散电路深度的增加,CSR分布经历了从可积性到混沌的交叉转变,表明量子处理器固有噪声本质上属于耗散混沌过程。该工作揭示了耗散多体系统的普适谱特征,并将当前主要用于运行幺正模拟的量子计算平台,确立为探索耗散多体现象的测试平台。

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