Cómo el ruido convierte el orden en caos en un chip cuántico ⚡ экспресс
Cerca de cuarenta años de investigación del caos en sistemas cuánticos aislados han llevado al descubrimiento de firmas universales: la repulsión de niveles y la termalización de estados propios. En sistemas abiertos disipativos, estas propiedades apenas comienzan a explorarse. Por primera vez se ha detectado experimentalmente el caos cuántico disipativo mediante la medición de las relaciones complejas de distancias entre niveles (complex spacing ratios, CSR) en circuitos de muchas partículas en un procesador cuántico superconductor con alta precisión. Mediante tomografía de gradiente, se obtuvo una distribución de CSR en forma de 'rosquilla' para circuitos disipativos caóticos, una señal de repulsión de niveles en sistemas abiertos. Para un circuito integrable, se observa un pico agudo en cero, lo que indica la ausencia de correlaciones espectrales. Al aumentar la profundidad del circuito disipativo integrable, se produce un cruce de integrabilidad a caos, demostrando que el ruido propio del procesador es un proceso caótico disipativo. Los resultados revelan características espectrales universales de sistemas disipativos de muchas partículas y convierten las plataformas modernas de computación cuántica en bancos de pruebas para fenómenos cuánticos disipativos.
Los niveles de energía de un sistema cuántico se pueden imaginar como personas que intentan mantener la distancia. En el modo ordenado se apiñan de forma predecible, pero basta con añadir caos — y se dispersan en círculo, formando una «rosquilla»: un anillo denso con un vacío en el centro. Justo esa imagen vieron por primera vez los físicos al ejecutar en un chip cuántico dos programas: uno ordenado y otro caótico. Mediante espectroscopía (escuchar las «notas» de los átomos) midieron las distancias entre los niveles. En el caso caótico, estos mantenían efectivamente una distancia respetuosa, creando la figura de la rosquilla. Pero el principal descubrimiento ocurrió cuando se alargó el programa ordenado: el ruido interno del chip — una fuga de energía que provoca un aumento de la entropía — convirtió por sí mismo el orden en caos. Resultó que incluso las pequeñas imperfecciones, consideradas un estorbo para los cálculos, convierten cualquier procesador cuántico en un laboratorio listo para estudiar el caos. Como ya señaló Richard Feynman y desarrolló David Deutsch, los ordenadores cuánticos son capaces de modelar estos efectos sutiles, no descritos por el simple modelo estándar de sistemas aislados.
🎯 Pequeñas pérdidas de energía, como en una taza de café o en el mercado de divisas, pueden generar caos — justo lo que mostró el chip cuántico.
🎬 En la serie «Devs» un ordenador cuántico predice el futuro mediante el caos determinista; los chips reales son aún más caprichosos — el ruido lo emborrona todo.