Команда Google Quantum AI показала, что квантовые процессоры могут использовать внутренние законы хаоса, чтобы изучать собственное поведение.
Когда множество кубитов взаимодействуют, их состояния переплетаются — и информация о начальных условиях быстро распределяется по всей системе. Этот процесс называют квантовым перемешиванием. Формально его описывают корреляторами — функциями, показывающими, насколько результат измерения в момент времени t зависит от начального состояния.
Обычный коррелятор времени (TOC, time-ordered correlator) имеет вид C(t) = ⟨W(t)V(0)W(t)V(0)⟩, где V и W — операторы, действующие на разные части системы, а W(t) = U†(t)WU(t) — оператор, эволюционирующий во времени с унитарным оператором U(t). При росте хаотичности коммутатор [W(t),V(0)] увеличивается, и C(t) быстро падает к нулю — сигнал теряется.
Чтобы уловить глубинные детали, физики использовали коррелятор вне временного порядка, или OTOC (out-of-time-order correlator). Он сравнивает эффекты прямой и «обратной» эволюции системы: C(2(t) = ⟨W†(t)V†(0)W(t)V(0)⟩. Если система не полностью хаотична, то фаза этих операторов даёт интерференционную картину — квантовое «эхо».
Однако в этой работе команда пошла дальше и измерила OTOC второго порядка (обозначается C(4) или OTOC(2)). Он связывает уже четыре копии системы и чувствителен к интерференции между сложными квантовыми траекториями — так называемым «большим петлям» (large-loop interference).
Если обычный OTOC можно представить как «двойную петлю» (путь вперёд + обратно), то OTOC(2) — это четырёхмерная схема, где разные пути могут либо гасить, либо усиливать друг друга. Конструктивная интерференция в таких петлях создаёт устойчивый сигнал, который не исчезает даже после десятков циклов хаотической эволюции.
