Durante más de cuarenta años, el estudio del caos en sistemas cuánticos aislados se ha apoyado en firmas universales: la repulsión de niveles y la termalización de los estados propios. Los sistemas abiertos, que interactúan con el entorno, permanecieron durante mucho tiempo como un dominio teórico: las predicciones sobre el caos cuántico disipativo esperaban verificación experimental. Junto a este trabajo, en el archivo se encuentran investigaciones sobre caos cuántico en sistemas cerrados, cristales de tiempo y la influencia del desorden en las mediciones, pero ninguna de ellas iba más allá de la dinámica unitaria.
En una cadena de cinco cúbits de un procesador superconductor se implementaron dos circuitos: uno integrable (de fermiones libres) y otro caótico. Cuatro cúbits actuaban como sistema y uno como entorno auxiliar, que tras la evolución se eliminaba tomando la traza parcial. Para reconstruir el mapa cuántico se utilizó tomografía de gradiente, teniendo en cuenta los errores de preparación y medición. Se diagonalizaron los autovalores del mapa y se calcularon las relaciones complejas de distancias a los vecinos más cercanos. Para suprimir errores coherentes se aplicó Pauli twirling.
Para el circuito caótico, la distribución de las relaciones complejas de distancias tiene forma de 'donut mordido': la densidad está suprimida cerca del centro y del eje real positivo, lo que indica repulsión de niveles. Para el circuito integrable se observa un pico agudo en cero: no hay correlaciones. Al aumentar la profundidad del circuito integrable de 5 a 50 capas, la distribución pasa gradualmente de un pico a un 'donut', mostrando un cruce de integrabilidad a caos. Cuantitativamente, los valores medios ⟨r⟩ y ⟨−cos θ⟩ se desplazan de los valores de la estadística de fermiones libres a los de la matriz aleatoria de clase AI.
Este trabajo hace que el caos cuántico disipativo sea observable experimentalmente por primera vez. A diferencia de las investigaciones vecinas, centradas en sistemas cerrados, aquí el ruido no es un obstáculo sino una herramienta: genera dinámica caótica y permite controlarla. Esto abre el camino para usar procesadores cuánticos como bancos de pruebas para fenómenos abiertos de muchos cuerpos.
El método podría extenderse al estudio de la localización disipativa de muchos cuerpos, transiciones de fase en sistemas abiertos y distintas clases de simetría de canales cuánticos. Sería posible crear una métrica operativa para evaluar plataformas cuánticas según su susceptibilidad al caos disipativo.
Los resultados influirán en el desarrollo de métodos de corrección de errores y estrategias de simulación cuántica, donde el caos afecta inevitablemente los resultados computacionales.
Verificar la universalidad de las distribuciones observadas en un mayor número de cúbits y en otras arquitecturas. Investigar el papel de las simetrías y los tipos de disipación en la transición al caos.
Conexión con problemas no resueltos de la física cuántica: cómo surgen las correlaciones espectrales universales en sistemas abiertos de muchos cuerpos y cómo el ruido cambia la clase de universalidad. Este trabajo proporciona una base experimental para probar las predicciones de matrices aleatorias en el caso no hermítico.
Esta sección está dirigida al autor del trabajo y a sus colegas. Los trabajos vecinos los encontró la búsqueda por significado en nuestro archivo, no por coincidencia de palabras. No evaluamos: mostramos el campo alrededor.
Qué hace el trabajo
En un procesador superconductor de cinco cúbits se ha registrado por primera vez experimentalmente el caos cuántico disipativo. Mediante tomografía de gradiente se reconstruyó el mapa cuántico del sistema abierto, y para sus valores propios se calcularon las relaciones complejas de distancias. Para los circuitos caóticos se obtuvo una distribución en forma de «rosquilla»; para los integrables, un pico en cero, y al aumentar la profundidad del circuito integrable se observa un cruce hacia el caos debido al ruido interno.
Dónde está su fuerza
El trabajo hace que el caos cuántico disipativo sea observable experimentalmente y utiliza el ruido como herramienta para generar y controlar la dinámica caótica, abriendo el camino al uso de procesadores cuánticos como bancos de pruebas para fenómenos de muchos cuerpos abiertos.
Hacia dónde puede avanzar
Vale la pena probar
Por qué puede importar
La plataforma experimental para el caos cuántico disipativo podría servir de base para poner a prueba predicciones teóricas en sistemas abiertos de muchos cuerpos, incluida la relación entre el caos y la decoherencia y la termalización.
Trabajos cercanos en nuestro archivo
El archivo está vacío alrededor de este trabajo: el análisis más cercano queda en 0.56, frente a un 0.64 habitual. Parece que aquí al lado casi nadie ha perforado.
El ruido interno del procesador, normalmente considerado un enemigo de la precisión, aquí desempeñó el papel de fuente de caos: cuanto más profundo es el circuito, más destruye el ruido la integrabilidad y conduce a una estadística caótica.