Постоянный хаос: как беспорядок рождается в неподвижных квантовых системах экспресс
В середине прошлого века физики заметили странность: энергетические уровни сложных атомных ядер вели себя как лотерейные шары — совершенно непредсказуемо. С тех пор поиск такого скрытого хаоса в микромире не прекращался. До недавнего времени считалось, что хаос проявляется только в системах, которые непрерывно толкают, словно миксер. Но теперь учёные сумели доказать его существование в совершенно неподвижной квантовой системе — они использовали хитрость, предложенную ещё Фейнманом и Китаевым: квантовый часовой механизм. Он словно вшивает в статичную конструкцию внутренний метроном — сама система не меняется, но её энергетический узор несёт отпечаток хаоса. Такой же узор, напоминающий эхо далёкого взрыва, давно известен в физике чёрных дыр, что указывает на глубинную связь гравитации и квантов. Это открытие помогает понять, почему тепло так быстро распространяется даже в изоляторах, и почему спектры сложных атомов остаются стабильными несмотря на внутренний беспорядок.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2606.30635
Quantum chaos is commonly associated with the emergence of random-matrix statistics in the spectra of quantum systems. A useful diagnostic is provided by the spectral form factor (SFF), which for random matrix ensembles displays a universal linear-growth regime (`ramp'). In the last decade, a landmark result by Bertini, Kos and Prosen (BKP) identified for the first time a class of geometrically local quantum dynamics of finite-dimensional particles where the SFF provably exhibits a random-matrix ramp: periodically driven (Floquet) qudit chains whose evolution is described by `dual-unitary' circuits. Here, building on the BKP result and on a recently proposed variant of the Feynman-Kitaev clock construction, we obtain a spectral ramp in a class of static, geometrically local Hamiltonians. Our strategy is to embed the Floquet quasienergy spectrum of a dual-unitary circuit into the energy spectrum of a static local Hamiltonian, and to prove that the latter's connected SFF inherits the BKP ramp within a symmetry sector. This is to our knowledge the first proof of a spectral ramp in a time-independent, geometrically local many-body system with finite local Hilbert space dimension.
Энергетические уровни атомных ядер ведут себя как выигрышные номера в лотерее — абсолютно случайно. Это открыло физикам глаза на квантовый хаос.