📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить. Прошу разобрать полностью

Квантовая запутанность похожа на невидимую паутину, которая связывает частицы, даже если их разнести далеко друг от друга. В больших системах — например, в кусочке материала — эта паутина может либо быстро оплетать все атомы, либо запутываться в клубок и оставаться на месте. Первый случай называют квантовым хаосом, второй — локализацией. Понять, когда и почему происходит переход от одного к другому, важно для создания новых материалов и квантовых компьютеров.

Но измерить эту паутину напрямую — задача не из лёгких. Обычно требуются сложные манипуляции с каждым атомом по отдельности, словно нужно дёргать за каждую ниточку, чтобы понять узор. В новой работе физики придумали, как обойтись без такого тонкого контроля. Они взяли коммерческий квантовый симулятор на нейтральных атомах (это устройство, где атомы парят в вакууме, удерживаемые лазерными пинцетами) и применили хитрый метод: локально меняли энергию атомов, одновременно включая общее для всех поле. Это позволило «встряхнуть» систему и по отклику восстановить картину запутанности.

Эксперимент на симуляторе Aquila показал, как добавление беспорядка — случайных сдвигов энергии у разных атомов — меняет поведение паутины. Без беспорядка запутанность быстро расползалась от атома к атому, как огонь по сухой траве. Но когда беспорядок становился достаточно сильным, распространение замедлялось и застревало: паутина запутывалась в локальные клубки, не в силах охватить всю систему. Этот переход от хаоса к локализации удалось чётко разрешить во времени, несмотря на неизбежные помехи от окружающей среды.

Такой подход открывает дорогу для более широкого использования аналоговых симуляторов. Ведь теперь не нужно уметь управлять каждым атомом по отдельности — достаточно грубых, но умных воздействий. А значит, можно будет заглянуть в мир неравновесной квантовой физики ещё глубже. И тогда невидимая паутина запутанности, за которой физики подсмотрели в этом эксперименте, станет чуть понятнее — а вместе с ней и законы, управляющие самой тканью реальности.

Оригинальная аннотация

как её написали авторы, на английском arXiv:2604.24854

The development and spread of entanglement in complex quantum systems is central to exploring many-body phenomena out of equilibrium. Measuring entanglement dynamics can shed light on information scrambling and thermalisation, namely on transitions from many-body quantum chaos to localisation in disordered, interacting systems. In quantum computing systems, entanglement entropy and other nonlinear functions of the density matrix have been recently measured, in particular by using the randomised measurement toolbox. However, it is difficult to implement the required arbitrary unitary rotations on specific subsystems without universal local control. Here we devise and demonstrate the measurement of entanglement entropy in a programmable analogue quantum simulator using a randomised measurement protocol that leverages local energy tuning together with a global field to bypass the need for local gate control. We implement this on a commercially available neutral-atom quantum simulator, QuEra's Aquila, and use it to show how programmable disorder in the local Hamiltonian parameters leads to a transition from chaotic to localised entanglement dynamics. Given current decoherence times, we clearly resolve disorder-specific, time-dependent entanglement spreading in small systems. Our work extends the utility of programmable analogue quantum simulators, and opens further opportunities for wider randomised measurement toolboxes in a range of other analogue systems.