深入了解量子混沌可能是量子计算机的关键

最近的一项实验使人们能够通过量子模拟器操纵空前数量的原子。这一新理论可以为创造难以捉摸的量子计算机提供另一种途径。领导的一个国际研究团队，利兹大学与研究所的科技合作奥地利和瑞士日内瓦大学,提供了一个理论解释为单个原子的特定行为，被困在最近的一次实验和操纵由哈佛大学和麻省理工学院。该实验采用了一种精细调谐激光器的系统，作为“光学镊子”来组装一个非常长的51个原子链。当测量原子链的量子动力学时，出现了令人惊讶的振荡，这种振荡持续的时间比预期的长得多，这是无法解释的。

量子系统可以存在于许多可能的状态中，这里由旋转的组来说明，每一组都指向一个特定的方向。图片：Zlatko Papic, University of Leeds

研究报告的作者之一、利兹大学理论物理学讲师Zlatko Papic博士说：之前的哈佛-麻省理工学院的实验创造了惊人的强劲振荡，使原子在量子状态下保持了一段时间。我们发现这些振荡相当令人费解，因为他们认为原子在某种程度上能够“记住”它们的初始形态，同时仍在混乱地移动。我们目标是更广泛地理解这种振荡的来源，因为振荡意味着混沌环境中的某种一致性——而这正是我们想要从一个强大的量子计算机中得到的。研究表明，这些振荡是由于一种新的物理现象，我们称之为“量子多体伤疤”。

在日常生活中，粒子会相互碰撞，直到它们探索整个空间，最终形成一种平衡状态。这个过程被称为热化。当一个特殊的结构或路径在粒子的状态上留下印记，使它们无法填满整个空间时，就会产生量子疤痕。这就阻止了系统达到热化，并允许它们维持一些量子效应。Papic博士说：我们正在学习，量子力学比简单的热化更复杂、更复杂。实际的好处是，如果量子计算机要成为现实，那么延长的振荡周期正是我们所需要的。在这些计算机上处理和存储的信息将依赖于在任何时候将原子保持在一个以上的状态，这是一场持续的战斗，以防止粒子进入平衡状态。

研究报告的主要作者、利兹大学物理和天文学院的博士研究员克里斯托弗·特纳说：以前关于量子疤痕的理论都是为单个粒子而设计，我们的工作将这些思想延伸到包含许多粒子的系统中，这些粒子都以复杂的方式相互纠缠在一起。量子力学的伤疤可能代表了一种实现相干量子力学的新途径。在哈佛-麻省理工学院的实验中，量子力学伤疤理论揭示了支撑原子奇异动力学的量子态。理解这一现象也可以为保护或延长量子态在其他量子多体系统的生命周期铺平道路。

博科园-科学科普｜参考期刊：Nature Physics｜来自：利兹大学