Квантовый компьютер похож на оркестр, где каждый музыкант играет свою партию. Если дирижёр даёт сбой, музыка рассыпается. В цифровых квантовых симуляциях роль дирижёра играет последовательность простых операций, а ошибки накапливаются, как фальшивые ноты. Но иногда оркестр звучит чисто, даже если дирижёр не идеален.
Авторы статьи нашли объяснение такому везению. Они показали, что ошибки зависят от того, на каких энергетических уровнях «живёт» начальное состояние. Если уровни расположены как ступеньки лестницы с одинаковым шагом, ошибки почти не растут, а квантовое состояние периодически возвращается к исходному — как маятник, который снова и снова проходит через нижнюю точку. Такие состояния назвали «троттеровскими шрамами» по аналогии с квантовыми шрамами — особыми состояниями, которые избегают хаоса.
Чтобы находить такие счастливые состояния на практике, авторы разработали вариационный метод — своего рода настройку инструмента перед концертом. Они проверили его на нескольких спиновых моделях и нашли состояния, которые действительно дают меньше ошибок, как и предсказывала теория. Это открывает путь к более точным квантовым симуляциям без дорогостоящего увеличения числа операций.
Термин «квантовые шрамы» появился в 1980-х, когда физики заметили, что некоторые квантовые состояния ведут себя удивительно регулярно, несмотря на общий хаос системы.