Как шум может разогнать квантовый хаос

Оригинал: "Enhancing Many-Body Chaos via Entropy Injection from Environment"
arXiv:2606.11784 · 2026-06-10 · CC BY 4.0 · 1 мин
Учёные выяснили, что добавление второй среды с другим потоком частиц может усилить квантовое перемешивание, а не ослабить его.

Переводчик сидит в шумном зале и переводит совещание. Посторонние разговоры мешают, слова путаются, смысл теряется. Так и квантовая система, связанная со средой, обычно теряет квантовый хаос: информация утекает наружу, и перемешивание затухает. Но физики придумали другую ситуацию: они дали переводчику второй словарь с новыми словами, которые подбрасывает шум. Оказалось, что такой впрыск энтропии может не ослабить, а усилить хаос.

Учёные взяли модель SYK — набор частиц со случайными взаимодействиями. Сначала система была в равновесии с первой средой. Потом включили связь со второй средой, где частицы имели другую энергию на одну частицу (химический потенциал). Частицы потекли, и доступное пространство состояний расширилось. Это как если бы переводчику выдали больше слов: вариантов перевода стало больше. Но одновременно часть информации уходит в среды, и это тормозит хаос.

Квантовый показатель Ляпунова измеряет, как быстро локальная информация размазывается по всей системе. Чем он больше, тем быстрее система забывает начальное состояние.

Физики вычислили этот показатель и увидели конкуренцию: впрыск энтропии его увеличивает, а утечка информации уменьшает. Если связь со второй средой слабая, а разница в энергиях большая, то хаос усиливается. Если связь сильная, утечка побеждает. Это как с переводчиком: немного фонового шума с полезными словами помогает, а громкий шум мешает. Главный итог: окружением можно управлять квантовым хаосом, а не только подавлять его. Теперь это можно использовать в квантовых симуляторах, где нужен контролируемый хаос.

В модели с парным перескоковым взаимодействием удаётся усилить хаос без какой-либо диссипации, что напоминает ситуацию, когда переводчик не отвлекается на посторонние разговоры, но при этом получает дополнительный словарный запас.

\kappa = 2J f(1-f) - \gamma_1 - \gamma_2
Показатель Ляпунова равен удвоенной скорости внутреннего роста оператора при стационарной плотности f минус скорости утечки заряда в первую и вторую среды.
f = \frac{\gamma_1 n + \gamma_2 m}{\gamma_1 + \gamma_2}
Средневзвешенное значение начальных плотностей n и m с весами, пропорциональными скоростям связи со средами.
Понятия
энтропия квантовая энтропия распространение информации квантовое окружение теория информации энтальпия выброс открытая система смешивание экосистема суперпозиция системы на ридберговских атомах закон площади принцип суперпозиции уравнение Шрёдингера трёхфотонная запутанность