In de kwantumfysica, scrambling is de verspreiding van kwantuminformatie over een complex kwantumsysteem, zoals chaotische quantum veellichamensystemen. Dit proces kan ervoor zorgen dat kwantuminformatie moeilijk of onmogelijk toegankelijk is, vooral bij het gebruik van eenvoudige en conventionele natuurkundige methoden.

Scrambling kan worden gemeten met behulp van out-of-time-ordered correlatoren (OTOC's), dat zijn maatregelen van kwantumchaos die verband houden met de groei van Heisenberg-operators. Onderzoekers van de Universiteit van Maryland hebben onlangs een nieuwe methode geïntroduceerd om OTOC's van lokale operators in 1-D-systemen te berekenen. Deze methode, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Natuurfysica , zou uiteindelijk kunnen worden gebruikt om scrambling in complexe kwantumsystemen te bestuderen.

"Het fundamentele probleem dat we probeerden te begrijpen, is hoe chaos zich verspreidt in de ruimte in kwantumsystemen, "Brian Swing, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Denk aan het gedachte-experiment met het vlindereffect - we wilden weten:als een vlinder met zijn vleugels klappert, hoe snel verspreidt die verstoring zich in de ruimte? We wilden dit specifiek begrijpen in de context van kwantumsystemen die uit veel deeltjes bestaan."

Eerdere studies die onderzochten hoe chaos zich verspreidt in de ruimte binnen kwantumsystemen, hebben verschillende interessante observaties verzameld, het schilderen van een interessant maar vrij complex landschap van mogelijk gedrag. Veel van deze onderzoeken, echter, waren gebaseerd op speciale veronderstellingen en dit maakt het moeilijker om te bepalen in hoeverre hun conclusies kunnen worden gegeneraliseerd naar andere systemen.

In hun studie hebben Swingle en zijn collega Shenglong Xu wilden onderzoeken welk gedrag dat in eerdere onderzoeken is onthuld, generiek is voor alle kwantumsystemen. Ze hoopten ook te begrijpen hoe men kan denken over het landschap van mogelijkheden die zich voordoen in verschillende speciale systemen.

"Om grip te krijgen op wat het generieke gedrag was, we hadden een methode nodig om OTOC's in generieke systemen te berekenen, "Zei Swingle. "Zo'n methode zou een generieke eigenschap van OTOC's in lokale systemen moeten gebruiken."

Het idee van de onderzoekers was om de lichtkegeleigenschap van kwantumsystemen te gebruiken, wat inhoudt dat buiten de uitdijende kegel van invloed die voortkomt uit de vleugelflap van de metaforische vlinder, het systeem wordt nauwelijks verstoord. Met andere woorden, buiten de 'vlinderkegel' blijft het effect van de vlinder klein.

In de kwantummechanica, acties worden weergegeven als operators en de kleinheid van een bepaald effect vertaalt zich in de eenvoud van de operator. Door gebruik te maken van deze eenvoud, Swingle en Xu waren in staat om de operator op een rekenkundig bruikbare manier weer te geven (d.w.z. als 'matrixproductoperator'), om de berekeningen uit te voeren die nodig zijn om toegang te krijgen tot scrambling.

"Er zijn twee belangrijke resultaten in onze studie, ' zei Swingle. 'Eerst, we bedachten een theoretisch kader om verschillende mogelijke gedragingen van de OTOC te classificeren. Dit raamwerk was algemeen genoeg om alle eerder bekende voorbeelden op te nemen. Tweede, we hebben een methode voor algemene doeleinden geformuleerd om OTOC's te berekenen, een methode die verder kan gaan dan eerdere berekeningen."

Swingle en Xu hebben hun methode voor het berekenen van OTOC's van lokale operators al gebruikt om verschillende generieke systemen te bestuderen. interessant, ze ontdekten dat verschillende van deze systemen in hun theoretisch kader passen. In een vervolgonderzoek dat in Fysieke beoordeling X , de onderzoekers gebruikten hun methode ook om bewijs te verzamelen dat OTOC's in generieke chaotische systemen universeel gedrag vertonen.

"We hebben dit werk opgevolgd door onze technologie toe te passen op verschillende systemen die worden bestudeerd in tafelblad-experimenten over de hele wereld, "Swingle zei. "We zijn nu ook de aanpak aan het veralgemenen om nieuwe soorten effecten op te nemen, inclusief het bestuderen van systemen bij lage temperatuur waar de snelheid van verspreiding van chaos de neiging heeft te vertragen."

© 2019 Wetenschap X Netwerk