您现在的位置是:首页 >新闻频道资讯 2019-12-03 10:47:11

使用矩阵乘积运算符访问量子系统中的加扰

在量子物理学中,加扰是指量子信息在复杂的量子系统(例如混沌量子多体系统)中的扩散。此过程可能使量子信息难以访问或无法访问,尤其是在使用简单的常规物理方法时。

可以使用无序相关器(OTOC)来测量扰码,相关器是与海森堡算子的增长相关的量子混沌的量度。马里兰大学的研究人员最近推出了一种计算一维系统中本地运营商的OTOC的新方法。该方法发表在《自然物理学》上的论文中,可以最终用于研究复杂量子系统中的加扰。

进行这项研究的研究人员之一布莱恩·斯温格(Brian Swingle)对Phys.org表示:“我们试图理解的基本问题是量子系统中混沌如何在太空中扩散。” “想想蝴蝶效应思想实验,我们想知道:如果蝴蝶拍打翅膀,这种扰动在空间中传播的速度有多快?我们想特别了解由许多粒子组成的量子系统的情况。”

以前的研究调查了混沌如何在量子系统内的空间中扩散,收集了一些有趣的观察结果,描绘了一个有趣但相当复杂的可能行为景观。但是,这些研究中有许多是基于特殊的假设,因此很难确定其结论可以推广到其他系统的程度。

在他们的研究中,Swingle和他的同事Xu Shenglong开始研究先前研究中揭示的哪些行为对所有量子系统都是通用的。他们还希望了解人们如何思考在不同的特殊系统中发生的可能性的前景。

Swingle说:“要弄清通用行为是什么,我们需要一种方法来计算通用系统中的OTOC。” “这种方法将需要在本地系统中利用OTOC的某些通用属性。”

研究人员的想法是利用量子系统的光锥性质,这意味着在隐喻蝴蝶的翼状襟翼引起的影响锥扩大之外,该系统几乎不会受到干扰。换句话说,在“蝴蝶锥”之外,蝴蝶的影响仍然很小。

在量子力学中,动作被表示为算子,给定效应的微小转化为算子的简单性。利用这种简单性,Swingle和Xu能够以计算上有用的方式(即,作为“矩阵乘积运算符”)表示运算符,以便进行访问加扰所需的计算。

斯温格说:“我们的研究有两个关键成就。” “首先,我们设计了一个理论框架来对OTOC的各种可能行为进行分类。该框架足够通用,可以包含所有先前已知的示例。其次,我们制定了一种通用方法来计算OTOC,该方法可以超越先前的计算方法”。

Swingle和Xu已经使用他们的方法来计算本地运营商的OTOC,以研究各种通用系统。有趣的是,他们发现其中一些系统符合其理论框架。在《Physical Review X》中的一项后续研究中,研究人员还使用他们的方法来收集证据,证明通用混沌系统中的OTOC具有普遍行为。

Swingle说:“我们已经通过将我们的技术应用于世界各地的桌面实验中正在研究的几种不同系统来跟踪这项工作。” “我们现在也正在推广这种方法,包括新的效果,包括研究低温下的系统,在这种系统中,混沌扩散的速度趋于放慢。”

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